NAGYNYOMÁSÚ ELEKTROMOS FESTÉKSZÓRÓ TERVEZÉSE

Miskolci Egyetem GÉPÉSZMÉRNÖKI- ÉS INFORMATIKAI KAR GÉP- ÉS TERMÉKTERVEZÉSI TANSZÉK DIPLOMATERVEZÉS NAGYNYOMÁSÚ ELEKTROMOS FESTÉKSZÓRÓ TERVEZÉSE KÉSZÍTETTE: TARI TAMÁS KC0TX2 Gx1MAG Konzulensek: NÉMETH GÉZA egyetemi adjunktus DR. KAKUK JÓZSEF fejlesztési osztályvezető Miskolc, 2014.12.10

Tartalomjegyzék 1. Bevezetés... 5 2. Piackutatás... 6 2.1. HVLP... 6 2.1.1. Bosch PFS 105 E WALLpaint... 6 2.1.2. Bosch PFS 65... 8 2.1.3. Bosch PFS 55... 9 2.1.4. Wagner Project 115... 10 2.1.5. Black & Decker HVLP 400... 11 2.2. Levegőnélküli (Airless)... 12 2.2.1. KREBS 25... 12 2.2.2. Kinzo - X-Power... 13 2.2.3. Wagner W95... 14 2.2.4. Graco TrueCoat II... 15 2.2.5. Ryobi P621... 16 2.3. Összehasonlítás... 17 3. Szabadalomkutatás... 19 3.1. US 3212715 A - Levegőnélküli elektromágneses festékszóró... 19 3.2. US 20130240641 A1 Akkumulátoros levegőnélküli festékszóró... 21 3.3. US 20110240758 A1 Elektromágneses festékszóró... 22 3.4. US 20110240766 A1 Rezgéscsillapítás levegőnélküli festékszóróhoz... 23 3.5. US 2704690 A Levegőnélküli Festékszóró... 24 3.6. US 3120347 A- Függőleges elrendezésű festékszóró... 25 4. Megoldásvázlatok... 26 2

4.1. Megoldási lehetőségek... 26 4.2. Koncepcionális tervezés... 28 4.2.1. Funkció ábrák... 28 4.2.2. Lehetséges megoldásvázlatok... 30 5. Értékelemzés... 33 5.1. Értékelemzési szempontok... 33 5.2. Az értékelemzés... 34 6. A tervezési folyamat... 36 6.1. Követelmények meghatározása... 36 6.2. Funkciók meghatározása... 38 6.2.1. I. Funkciócsoport... 38 6.2.2. II. Funkciócsoport... 39 6.2.3. III. funkciócsoport... 39 6.2.4. IV. Funkciócsoport... 39 6.3. Akkumulátor kiválasztása... 40 6.4. Motor kiválasztása... 41 6.5. Hajtómű tervezése... 43 6.5.4.10. Középső osztókúp hossz meghatározása... 50 6.5.4.11. Középső működő fogmagasság meghatározása... 50 6.5.4.12. Lábhézag számítása... 51 6.5.4.13. Középső fogmagasság számítása... 51 6.5.4.14. Egyenértékű áttétel számítása... 51 6.5.4.15. Középső fejmagasság számítása... 51 Fejmagasság tényező... 51 6.5.4.17. Fogláb szögek számítása... 52 3

6.5.4.19. Lábkúp szögek számítása... 52 6.5.4.20. Külső fejmagasság meghatározása... 52 6.5.4.21. Külső lábmagasság számítása... 52 6.5.4.22. Külső közös fogmagasság... 53 6.5.4.23. Külső fogmagasság... 53 6.5.4.24. Fejkör átmérők számítása... 53 6.5.5.3. Szilárdsági ellenőrzés fogtő igénybevételre... 60 6.5.5.3.1. A fogtő feszültség... 60 6.5.5.4. Értékelés... 64 6.6. Működtető mechanizmus... 82 6.7. Festékszóró fejegység... 88 6.8. Festéktartály... 90 6.9. Elektronikai egység... 92 6.10. Végeselem vizsgálat... 93 6.11. Házfedél... 99 6.12. Teljes konstrukció... 101 6.13. Összefoglalás... 105 6.14. Summary... 106 6.15. Felhasznált Irodalom... 107 6.16. Mellékletek... 111 4

1. BEVEZETÉS Az emberek napjainkban önállóságra törekednek az élet minden területén. Ez megfigyelhetővé vált a lakások és környezetük kialakításánál is. Szakemberek bevonása nélkül próbálnak minél több feladatot elvégezni önállóan. Ez a festési munkálatoknál is hasonlóképpen történik. A dekoráció legfontosabb szegmense a festés. A színek pszichológiája meglehetősen összetett, mivel a különféle árnyalatok másmás benyomást, érzést keltenek. Egyes színek tágítják, mások szűkítik a teret. A színes festék az egyéni kialakítást és a felület védelmét is szolgálja. Így a színek nagyon fontos szerepet játszanak a lakás kinézetében, mivel az első benyomást keltik abban a helyiségben, ahová belépünk. A tökéletes eredmény elérésében döntő szerepet játszik a megfelelő szerszám és a festék kiválasztása. 1. ábra Festékszórás [1] Egyes piackutatási eredmények kimutatták, hogy a lakások dekorációjához szükséges kellékek nagy részét a nők vásárolják meg. A felújítási trend elterjedésével különféle festést segítő kellékek jelentek meg a piacon. Ilyenek az elektromos festékszóró berendezések, amikkel gyors és minőségi festést lehet elérni. Célom, egy olyan festékszóró kifejlesztése, amely kényelmes és praktikus használatot tesz lehetővé az otthoni munkálatok során. 5

2. PIACKUTATÁS A festékszóró tervezésének első lépéseként piackutatást végzek, hogy minél több, már meglévő terméket ismerhessek meg, mely által fel tudom mérni a vásárlók jellegzetes igényeit. Az elektromos kézi festékszórókat két fő csoportba lehet sorolni. Az egyik csoport a HVLP (High Volume, Low Pressure), amely a nagy térfogatáramú és alacsony nyomású gépeket tartalmazza. Ezeknél jellemzően külső egységben található meg a kompresszor, ami a levegő nyomásának előállítását szolgálja. Másik nagyobb csoportot az Levegőnélküli (Airless) gépek alkotják. Ebben az esetben külső nagynyomású levegőre nincs szükség, mivel ezt maga a készülék állítja elő. A pontosabb műszaki adatokat az 1. és 2. táblázatokban foglaltam össze. 2.1. HVLP A HVLP (High Volume, Low Pressure) csoportba tartozó festékszórókat a magas térfogatáram és alacsony nyomás jellemzi. Ezeknek a sajátosságoknak a létrehozásához külső kompresszoros egység szükséges. A nagy teljesítmény, gyors festékszórás, a nagyobb konstrukciós kialakítás, valamint a magas ár jellemzi. 2.1.1. BOSCH PFS 105 E WALLPAINT 2. ábra Bosch-PFS 105 E [2] 6

A Bosch kézi szerszámokat gyártó cég egyre nagyobb festékszóró gép kínálattal rendelkezik. Egyik ilyen terméke a PFS 105 E, ami az 2. ábrán is látható. Egyszerű kezelése kiemelkedő eredményt biztosít a festésben. Az egyenletes festékszórásról a SprayControl technológia gondoskodik, amit a porlasztóegysége biztosít. Egyszerűen lehet nehezen hozzáférhető helyeket festeni, mint pl. a sarkoknál, szegélyeknél. Diszperziós és latexfestékek felhordásához is alkalmazható, amely kiegészítő festőpisztollyal lakk és lazúr felhordásával is használható. A festékfelhordási sebessége 350 ml, a festéktartálya 1000 ml-es. A festékszóráshoz szükséges min légnyomást egy 375 W teljesítményű turbina biztosítja. A PFS 105 E festékszóró gép egy nagyteljesítményű készülék, amellyel könnyen és egyenletesen lehet nagy felületeket festeni. A külső turbina egység miatt, a hordozhatósága korlátozott. A festéktartály kis űrtartalma miatt, gyakori festékutántöltés szükséges.[2] 7

2.1.2. BOSCH PFS 65 3. ábra Bosch-PFS 65 [3] A 3. ábrán látható PFS 65 egy kisebb teljesítményű, azonban univerzálisabb konstrukciójú festékszóró berendezés. Kényelmesebb és hordozhatóbb kialakítású. A festékmennyiségszabályzójával a közepes- és nagyszórású festések is megvalósíthatóak. Ebben a készülékben is megtalálható a SprayControl, amely a finom festékhordást és a kevés festékköd elérését teszi lehetővé, valamint könnyen tisztítható az SDS (Special Direct System) rendszere révén. Az SDS rendszer jellemzője, hogy különleges kötési megoldásokat tartalmaz, amikkel a rendszeres szétszerelés megkönnyíthető. A PFS 65 különféle lakkok és lazúrfestékek felhordására alkalmas, amit 130 ml min sebességgel képes kiszórni. Ez a típus a 105 E-hez képest kisebb teljesítményű. A mérete és a tömege lecsökkent, amivel egy olcsóbb és kényelmesebb konstrukció jött létre. A teljesítmény csökkenés, a festékfelhordás sebességét is lekorlátozza, hosszabb munkaidőt eredményezve.[3] 8

2.1.3. BOSCH PFS 55 4. ábra Bosch PFS 55 [4] A 4. ábrán PFS 55 festékszóró figyelhető meg, ami a Bosch által gyártott legkisebb teljesítményű elektromos festékszóró. Komplett kézzel tartható rendszer, amely a kis- és közepes festési munkálatokban nagy segítséget nyújthat. A szórásért felelős erőforrás 280 W-os, amely akár 110 ml min festékhordást is eredményezhet. A festéktartálya 600 ml-es. A Bosch SDS rendszere miatt a szétszerelhetősége és tisztítása könnyedén megtehető, a festékszórása egyenletes és ködmentes a SprayControl szabadalmaztatott rendszere által. A Bosch PFS 55 készüléke egy igen praktikus és jól hasznosítható festékszóró rendszer. Hátránya a kisebb teljesítmény, valamint a tartály mérete. A praktikus kialakítás miatt, a nehezen hozzáférhető helyek festése is könnyedén megvalósítható, de a mobilitását rontja a hálózati erőforrástól való függősége. [4] 9

2.1.4. WAGNER PROJECT 115 5. ábra Wagner-Projet 115 [5] A Wagner cég legnagyobb teljesítményű festékszórója a Project 115 készüléke látható a 5. ábrán. Nagy terjedelmű felületek festésére fejlesztették ki. Széles körű festéktípusokhoz alkalmazható, az összes elterjedt emulziós és beltéri falfestékekhez, lakkokhoz. A 9,5 l-es festéktartályával megszakításmentes festés valósítható meg, a 625 W-os dugattyús szivattyúval, ami 190 bar nyomást képes előállítani, 800 ml min szórási sebességgel. A Project 115 a nagyteljesítményű festékszórók kiemelkedő készüléke, ami gyors és nagyfelületű festést tesz lehetővé. praktikus konstrukció.[5] A 12 kg-os súlyával és a robosztus kialakításával nem kimondottan 10

2.1.5. BLACK & DECKER HVLP 400 6. ábra B&D-HVLP 400 [6] Az 6. ábrán a Black & Decker kéziszerszámokat gyártó cég egyik festékszórója a HVLP 400 látható. A kompresszor ebben az esetben is különálló egységet alkot, amely gégecsövön keresztül kapcsolódik a szórópisztolyhoz. A pisztolyon található az 1,2 l-es festéktartály. A tartály oldaltöltésű, így könnyen és gyorsan lehet utántölteni. Festékáramlás-kijelző található a gépen, amivel következetes felületminőséget érhetünk el. A 450W teljesítményű motorja segítségével sokrétű festékkel alkalmazható. Praktikus kialakítású festékszóró gép a HVLP 400, előnye a nagy teljesítményű motor, valamint a felhasználót kisegítő rendszerek, azonban a nagy kompresszor egység miatt a hordozhatósága nem előnyös.[6] 11

2.2. LEVEGŐNÉLKÜLI (AIRLESS) Az Airless festékszóró, olyan levegő nélküli konstrukció, ahol a szóráshoz szükséges túlnyomás a szórópisztolyban alakul ki, nincs szükség külső kompresszoros egységre. A HVLP-hez képest kisebb nyomás jellemzi, de sokkal kényelmesebb és praktikusabb megoldások valósíthatóak meg. A készülékek költségeit tekintve is alacsonyabb az előző csoporthoz képest. 2.2.1. KREBS 25 7. ábra KREBS 25 [7] A KREBS svájci cég az 1940-es évek óta festékszóró pisztolyokat gyárt. Az évek alatt nagy fejlődésen mentek át készülékeik, mind technológiailag, mind minőségben. Két elektromos festékszórót gyártanak, a fél profi KREBS 25-ös levegőnélküli, ami a 7. ábrán is látható. Valamint a nagyobb teljesítményű KREBS 45 névre hallgató professzionális gépeket. A KREBS 25 külső sűrített levegő hozzáadása nélkül képes működni elektromos áram segítségével. Az eszközzel különféle festékek használhatóak, így például műgyanta festékek, lakkok, zománcozott lakkok, impregnáló anyagok stb. A szórási sebessége tökéletesen szabályozható. Hálózati erőforrásról üzemeltethető, amivel 120W teljesítmény érhető el maximálisan.[7] 12

2.2.2. KINZO - X-POWER 8. ábra Kinzo- X-power [8] A 35 éves múltra visszatekintő Kinzo szerszámgépeket gyártó cég egyik terméke egy 80W-os elektromos levegő nélküli festékszóró (8. ábra). Az egy literes tartályával különféle festéktípusok használhatóak: plasztik és latexfestékek, vízbázisú festékek, lakkok, zománcfestékek stb. A szórási kapacitása 280 ml, amely az éppen használatos festék viszkozitásától függő érték. Két min méteres hálózati kábellel rendelkezik, emiatt a használata is helyileg korlátozott.[8] 13

2.2.3. WAGNER W95 9. ábra Wagner-W95 [9] A Wagner cég legkisebb teljesítményű levegőnélküli festékszórója a W95. Ez a készülék leginkább a kisebb festési munkálatokhoz alkalmas. A festékszóráshoz szükséges teljesítményt egy 70W-os elektromágnes hozza létre, amivel 140 festéktartályából. ml min kibocsátás érhető el a 600ml-es A W95 festékszóró a kisebb festési műveletekhez hasznosítható. Egyszerű konstrukció, ami könnyen kezelhető és tisztítható, azonban csak vezetékes kivitelben kapható.[9] 14

2.2.4. GRACO TRUECOAT II 10. ábra Graco-TrueCoat II [10] A 10. ábrán az amerikai Graco cég által gyártott TrueCoat II elektromos festékszórója látható. A készülék akkumulátoros kivitelben is kapható, ami egy 18V-os lítium-ionos erőforrás. Ezzel 137,8 bar nyomás érhető el. A készülékhez sokféle kiegészítő kapható, ezzel növelve felhasználhatóságát. A festéktartályba egy olyan vékonyfalú gégecső illeszkedik, amelynek az alján egy nehezék található. Emiatt a gépet bármilyen pozícióban problémamentesen lehet használni. A festéktartály 900ml űrtartalmú. A TrueCoat II azáltal, hogy akkumulátoros kivitelben is kapható, praktikus és könnyed használatot tesz lehetővé. A szerkezet kialakítása miatt, a tisztítása nehézkes, külön specifikus eszközöket igényel. A belső szerkezeti kialakítása miatt piaci értéke jóval magasabb vetélytársainál.[10] 15

2.2.5. RYOBI P621 11. ábra Ryobi-P621 [11] A Ryobi amerikai cég által gyártott kiváló minőségű festékszóró a P621 (11. ábra). Hígítás nélkül használható a szórt anyag. A festékfecskendőjének állításával a festékszórást vízszintes és lapos sugárban, valamint kör keresztmetszetben képes létrehozni. A tartály kapacitása 1 l-es, amiből egy 18V-os lítium-ion típusú akkumulátor energiájának segítségével szívja fel a festéket. Ez 340 ml min áramlási sebességet képes produkálni. A Ryobi P621 egy kiemelkedően magas minőségű festékszóró. A készlethez egy gyorstöltő is tartozik. Nagy teljesítményű készülék, viszont ez az üzemidejét lecsökkentheti.[11] 16

2.3. ÖSSZEHASONLÍTÁS HVLP Márka Bosch Bosch Bosch Wagner Black&Decker Model PFS 105 E PFS 65 PFS 55 Project 115 HVLP 400 Ár [Ft] 50.000 34.000 23.000 120.000 30.000 Teljesítmény[W] 375 280 280 625 325 Festékhordás [ml/min] 350 130 110 800 n.a. Működési tartomány [m] 3,4 4,5-7,5 6,1 Festéktartály űrtartalma [l] 1 0,6 0,6 9,5 1,2 Szórópisztoly tömege [kg] 2 2,8 1,3 0,5 4 1. táblázat HVLP festékszórók Az 1. összehasonlító táblázatban látható, hogy a piaci kereskedelemben kapható HVLP termékek átlagos értéke 30-40 ezer Ft. Ezért az összegért 300W körüli teljesítményt produkáló gépek érhetőek el, amelyeknek a festékhordása 100-200 festékszórók is kaphatóak, ilyen a Wagner Project 115-s készüléke, amely a 625W-os teljesítményével jóval hatékonyabb festést eredményez. Azonban ennek az ára sokkal nagyobb az átlag termékekhez képest (120 ezer Ft). Ennek a festéktartálya 9,5 l, amely folyamatos használatot tesz lehetővé, míg az alacsonyabb kategóriás gépeknél ez 0,6-1,2 l-es festéktartállyal érhető el. 17 ml min. Ettől nagyobb termelékenységű

Levegőnélküli Márka Krebs Kinzo Wagner Graco Ryobi Model 25 X-Power W95 TrueCoat II P621 Ár [Ft] 35.000 7000 12.000 90.000 40.000 Teljesítmény[W] 60 80 70 n.a. n.a. Festékhordás [ml/min] Működési tartomány [m] Festéktartály űrtartalma [l] Szórópisztoly tömege [kg] 280 280 140 n.a. 350 1,8 2 - - - 0,7 0,8 0,6 0,95 1 n.a. n.a. 1,5 2,8 1,93 2. táblázat Levegőnélküli festékszórók A 2. táblázatban néhány levegőnélküli festékszóró főbb adatainak összehasonlítása látható. Ebben a kategóriában nagy differencia figyelhető meg az egyes gépek jellemzői között. Ezt a minőségbeli és kialakításbeli különbségek eredményezik. A Kinzo X-Power terméke már 7 ezer Ft-tól kapható. A Wagner W95-ös gépe az előzőhöz képest kisebb műszaki paraméterekkel rendelkezik, viszont minőségileg fölülmúlja az X-Power-t. Kutatásom során a TrueCoat II készüléknek volt legmagasabb az ára, amely a belső szerkezeti kialakításnak és a különlegesen jó minőségnek köszönhető. 18

3. SZABADALOMKUTATÁS A piackutatásomat szabadalomkutatással folytatom. A tervezési feladatnak ez azon része, ahol a már meglévő szabadalmakat megkeresem annak érdekében, hogy a létező megoldásokból tapasztalatot nyerve egy új, az előírt célnak megfelelő konstrukciót kialakíthassak. Másik fontos célja, hogy szabadalombitorlást ne kövessek el tervezésem során. 3.1. US 3212715 A - LEVEGŐNÉLKÜLI ELEKTROMÁGNESES FESTÉKSZÓRÓ 12. ábra Levegőnélküli elektromágneses festékszóró [12] A 12. ábrán látható 1965-ben létrejött amerikai szabadalom Cocks Eric nevéhez fűződik, ami egy mágneses levegő (külső kompresszor) nélküli festékszóró. A festékszórónál fontos tényező, hogy működése legyen megbízható és folyamatos. Ezek a feltételek ösztönözték a fejlesztőt arra, hogy ilyen képességekkel rendelkező gépet tervezzen.[12] 19

Szabadalmában egy elektromágneses elven működtetett megoldást mutat be, ami folyamatos működést eredményez, azonban a mozgó alkatrészek miatt nagymértékű kopás jellemzi. Másik nagyobb problémája a nem megfelelő tisztítás, ugyanis a belső elzárt térben a festék érintkezik az alkatrészekkel. A készülék felépítése: A berendezés tartalmaz egy belső hengert, amelyet egy üreges ház vesz körül. A két végén menetes végzáró tagok helyezkednek el, amelyek koncentrikusak a belső hengerrel. Az elülső záróelem furatos, amely egy rugalmas szelepbetétben végződik. Az így kialakult kamrába kerül a festék. A belső hengerben található egy folyadékjárat, ahol egy dugattyú található. A dugattyú végén kúp helyezkedik el, amely a szelepbetét elzárását szolgálja. A középső henger körül mágneses tekercs található, ami feszültség alatt behúzza a kúpos dugattyút. Ezáltal a lentről érkező festék útját szabaddá téve.[12] 20

3.2. US 20130240641 A1 AKKUMULÁTOROS LEVEGŐNÉLKÜLI FESTÉKSZÓRÓ 13. ábra Akkumulátoros levegőnélküli festékszóró [13] 2013-ban közzétett amerikai szabadalom, amely különféle biztonságtechnikai problémákat és kialakításokat tartalmaz. A 13. ábrán egy akkumulátoros festékszóró látható. A szórópisztoly levegőtlen adagoló rendszerű, mely egy pumpálási mechanizmus által szórja ki a festéket. A szerkezetben egy villamos motor található, ami egy dugattyús szivattyút működtet. Ezáltal hozza létre a festékszóráshoz szükséges mechanizmust. A festékszórót egy 10A-es lítium-ionos akkumulátor működteti. A szabadalom biztonsági megoldásokat is tartalmaz. A folyadékadagoló eszköz tartalmaz egy elektrosztatikus kisülés elleni védelmi rendszert. Célja, hogy a felhalmozódott elektrosztatikus energiát csökkentse, mivel a mozgó folyadékok elektromos potenciálenergiát hoznak létre. Ezt egy "statikus kanóc" elvezetésével oldották meg, valamint minden vezetőképes alkatrészt szigeteltek.[13] 21

3.3. US 20110240758 A1 ELEKTROMÁGNESES FESTÉKSZÓRÓ 14. ábra Elektromágneses festékszóró [14] A 2011-es amerikai szabadalom levegőnélküli elektromos festékszóró gépet mutat be. A képen ennek a szerkezetnek a metszeti képe látható. A készülék különféle festékanyagokkal, lakkokkal, növényvédő szerekkel képes működni. Az előzőhöz hasonlóan, itt is szivattyú mechanizmus teszi ezt lehetővé. A találmány hálózati áramforrásról üzemel, ami egy vezérlőegység szabályzásával egy elektromágnest működtet. Az elektromágnes vonzó-taszító hatását kihasználva egy kart mozgat. A kar vége pedig egy dugattyút, amely az alternáló mozgása révén hozza létre a megfelelő mechanizmust. A szabadalom általánosságban fogalmaz meg olyan szerkezeti megoldásokat a levegőmentes festékszórásra, amivel egyenletes permetezés hozható létre. Ezt eredményezi az a megoldás is, ami a tartályban lévő festék szintet méri. Ehhez egy vezérlőegységen keresztül kapcsolódik egy impulzusszámláló, ami az elektromágneses egységet szabályozza. Ezt követően a vezérlő megállítja a folyamatot a kritikus szint beálltakor. Ezeket a megoldásokat csupán elvi szinten ismerteti a szabadalom.[14] 22

3.4. US 20110240766 A1 REZGÉSCSILLAPÍTÁS LEVEGŐNÉLKÜLI FESTÉKSZÓRÓHOZ 15. ábra Rezgéscsillapítás levegőnélküli festékszóróhoz [15] A 3.4-es szabadalom a Wagner Spray Tech Corporation tulajdonában áll, amely az elektromosan működtetett levegőmentes festékszóró gépek rezgéscsillapításának megoldási módszereit tartalmazza (15. ábra). A vizsgált gép elvi működése megegyezik az előző szabadalmakkal, ahol dugattyús szivattyú hozza létre a festékszórást. Mivel nagysebességgel végez mozgást, így rezgést tekintve ez a szerkezeti egység a kritikus pont. A szabadalom ennek az egységnek a szigetelést, valamint különféle rezgéselnyelő anyagok használatát mutatja be. A rezgést továbbá az is csillapítja, hogy a gépházon belül elhelyezkedő dugattyú a többi alkatrészhez képest külön egységet alkot, elkülönítve azt a többitől.[15] 23

3.5. US 2704690 A LEVEGŐNÉLKÜLI FESTÉKSZÓRÓ 16. ábra Levegőnélküli festékszóró [16] A 16. árán olyan festékszóró látható, amely egyike az első olyan szabadalmaknak, amelyek az elektromágneses tekercs által létrehozott munkát használja fel a folyadék egyenletes szórásához. Ezt a találmányt nem kimondottan festékszóráshoz fejlesztették ki, inkább a foltok és egyéb szennyeződések nagynyomású eltávolításához. A dugattyú mozgását végző kar kilengését egy tekercsrugóval lehet szabályozni, ezzel a szórás jellegét beállítva. Ez az első olyan kialakítás, ahol a nagynyomású levegő és a festék egy blokkban találkoznak. A szórófejben egy gömb alakú visszacsapó szelep található, ami a szivattyú optimális működését szolgálja. Ezen kívül a szabadalom még tartalmaz függőleges elrendezésű kialakítást is, amelynek az elvi működése teljesen megegyezik a vízszintesével.[16] 24

3.6. US 3120347 A- FÜGGŐLEGES ELRENDEZÉSŰ FESTÉKSZÓRÓ 17. ábra Függőleges elrendezésű festékszóró [17] A Duke Jr Charles nevéhez fűződő 1964-es szabadalom olyan festékszórót mutat be (17. ábra), aminek elvi működése nem különbözik az előzőektől, csupán annak felhasználási módja. A bekapcsoló gomb megnyomásakor a tekercsben feszültség ébred, amely egy felette elhelyezkedő kart mozgat. A függőleges alternáló mozgás egy alatta elhelyezkedő szerkezeti egységet hoz működébe, ami a festéktartályból a festéket felszívja és egy elvezető csövön eljuttatja a szórófejhez, így hozva létre a festékszórást.[17] 25

4. MEGOLDÁSVÁZLATOK A megoldásvázlatok keresésénél az idáig ismertetett információkat hasznosítom. Első lépésként rendszerezem azokat a megoldási lehetőségeket, amelyek a legoptimálisabbak, a leggyakrabban alkalmazottak, illetve a még nem létező megoldási ötleteket. Ezt követően három ideálisnak vélt vázlatot kialakítok, amelyeket bizonyos kritériumok alapján értékelek. Végezetül egy kiválasztott értékelési eljárás során a legideálisabb megoldást kiválasztom. 4.1. MEGOLDÁSI LEHETŐSÉGEK A következő ábrán a festékszórás műveletének felépítése látható és az egyes elemek lehetséges megoldásai. A kialakítási típusokat a piackutatás, valamint a szabadalomkutatás eredményeiből határoztam meg. 26

18. ábra Megoldási lehetőségek 27

4.2. KONCEPCIONÁLIS TERVEZÉS A megoldási lehetőségek feltérképezését követően három olyan megoldásvázlatot választok, amely az eddigi kutatásom alapján a legalkalmasabb levegőnélküli festékszóró létrehozását teszik lehetővé. Az egyes konstrukciók részegységeit funkció ábrákkal szemléltetem. Ezek a tervezendő eszközök működését mutatják be tényleges megoldások bemutatása nélkül. A konkrét tervezési szakasz a legideálisabb folyamatábra kiválasztása után következhet be. 4.2.1. FUNKCIÓ ÁBRÁK A funkcióstruktúrák szemléltetését funkcióábrák felhasználásával valósítom meg. Ezek az ábrák szimbolikusan fejezik ki az egyes részfunkciókat, konkrét megoldások ismertetése nélkül. Funkció ábra Magyarázat Funkció ábra Magyarázat Főkapcsoló: Az eszköz kiés bekapcsolását teszi lehetővé. Festéktartály: A eszközre szerelt tartály tartalmazza a festéshez szükséges alapanyagot. Elektronikai vezérlőegység: Fő feladata az energiaszabályozás és a mechanika szabályozása. Festékszóró rendszer: Itt történik a festék kilépése a pisztolyból, valamint a festékporlasztás. Energiaforrás: Az eszköz energiaellátásáról gondoskodik, amely lehet hálózati, vagy akkumulátoros erőforrás. Elektromágnes: Villamos áram hatására a mágnes vonz/taszít egy különálló kart, amely a dugattyút hozza mozgásba. 28

Villamos motor: villamos energia felhasználásával a mechanizmus működését teszi lehetővé. Tengely: A hajtó és a hajtott oldal között képez összeköttetést. Mozgatókar: Az elektromágnes működteti. A dugattyú alternáló mozgatását valósítja meg. Festékhordást szabályozó rendszer: Festékszórásnál a festék mennyiségét lehet beállítani. Biztonsági rendszer: Segítségével biztonságos és az előírásoknak megfelelő termék valósítható meg. Az élettartam növelésében is nagy szerepet játszik. Bütykös tárcsa: Az aszimmetrikus tárcsa forgatásával alternáló mozgást hozhatunk létre egy csúszka segítségével. Dugattyús szivattyú: A működésével festéket juttat a rendszerbe, majd azt a dugattyú kitolja, így hozva létre a festékszórást. Nyomatéktovábbító rendszer: Két tengely közötti nyomatékátvitelt valósít meg, áttétel megjelenésével. Kúpkerékhez rögzített excentrikus hajtókar, amely a dugattyút mozgatja. Fogazott kúpkerékpár, amely a megfelelő áttételt és nyomatékot biztosítja a festékszóráshoz. 3. táblázat Funkció ábrák 29

4.2.2. LEHETSÉGES MEGOLDÁSVÁZLATOK A tervezés folyamata során több megoldásvázlat közül kerül ki a végleges konstrukció. Ezek a megoldásvázlatok funkcióstruktúrából épülnek fel, amelyek bemutatják az egyes kialakítások felépítését és működési elvét. Ebben a fejezetben három ilyen struktúrát határozok meg. 4.2.2.1. ELSŐ MEGOLDÁSVÁZLAT 19. ábra Első megoldásvázlat (V1) A 19. ábrán egy olyan megoldásvázlat látható, ahol egy elektromágneses tekercs képzi a mechanizmus alapját. Villamos áram bevezetésével a tekercsben feszültség lép fel, ami egy fémkart alternáló mozgásra kényszerít. A fémkar másik oldala érintkezik a dugattyús szivattyú munkahengerével. Mozgása során a dugattyú egyik lökete felszívja a festéktartályban lévő festéket, majd azt egy ellentétes mozgással kitolja a pisztolyból. A mozgatókar kilendülésének szabályzásával a kifújt festék mennyisége állíthatóvá válik. A megfelelő szigetelés és biztonsági rendszer kialakítása lényeges feladat ennél a konstrukciónál. 30

4.2.2.2. MÁSODIK MEGOLDÁSVÁZLAT 20. ábra Második megoldásvázlat (V2) A 20. ábra az előzőtől abban tér el, hogy a dugattyút bütykös mechanizmus mozgatja. A bütykös tárcsa forgatását villamos motor végzi. A tengelyre szerelt tárcsa aszimmetriája miatt, a dugattyút alternáló mozgást végez. Ezt kihasználva, az előző megoldásvázlathoz hasonlóan a festékszórás folyamata létrejön. Villamos motor hajtja a rendszert, így egy elektronikai vezérlőegység is szükséges. Tartalmaznia kell olyan védelmi megoldásokat, amitől biztonságos lesz a festékszóró használata. 31

4.2.2.3. HARMADIK MEGOLDÁSVÁZLAT 21. ábra Harmadik megoldásvázlat (V3) A 21. ábrán látható megoldásban hasonlóan egy akkumulátoros egység szolgáltatja az energiát a villamosmotornak. A motor szolgáltatta nyomaték egy kúpkerékpárt hajt meg, amely a megfelelő nyomatékot és fordulatszámot hozza létre. A tányérkeréken excentrikusan található egy bütyök, amelyre egy hajtókar van rögzítve. A kerék forgásával a hajtókar alternáló mozgásra kényszeríti a dugattyút. A dugattyú működésével a festéket felszívja a dugattyúházba, majd azt egy szűkülő keresztmetszetű kivezető nyíláson kipermetezi. 32

5. ÉRTÉKELEMZÉS A koncepcionális tervezés során bemutatott három megoldásvázlat közül a legjobbat választom ki. Ezt az értékelemzés segítségével teszem meg. Több értékelési módszer ismeretes, amik közül a Copeland eljárást választom. Több részből épül fel az értékelemzés. Miután meghatároztuk a funkciókat, igényeket és a megoldásvázlatokat, az értékelemzési szempontokat kell megállapítani. Ezekkel hasonlíthatjuk össze a különböző megoldásvázlatokat. Fontos, hogy a szempontok ne utaljanak konkrét megoldásra, mivel a végleges konstrukciót még nem ismerjük. A kritériumok megalkotásakor figyelembe kell venni azt, hogy egymástól függetlennek, ellentmondás nélkülieknek és egyértelműeknek kell lenniük. Az egyes szempontok nem azonos fontossággal bírnak, így súlyozási értékkel kell őket ellátni. Az értékelemzés következő lépésében a megoldásvázlatokat egyesével összehasonlítom a megfelelő szempontok alapján. Végezetül kiválasztom azt a megoldást, amely a legtöbb szempont alapján bizonyult a legjobbnak. 5.1. ÉRTÉKELEMZÉSI SZEMPONTOK Az értékelés folyamatához szükséges megállapítani a legfontosabb szempontokat, amik által összehasonlítható válnak a megoldásvázlatok. Festési sebesség A festési sebesség megmutatja azt, hogy meghatározott időközönként, mekkora mennyiségű festék szórható ki a készülékből. Készülék tömege A tervezendő festékszórónak kényelmes használatot kell megvalósítania, ezért az eszköz össztömege fontos szempont. Tisztíthatóság Biztonság Gyártási költség A festék szállítása a pisztoly belsejében történik, ezért minden használat után tisztítást igényel. Elsődleges balesetveszély forrás az áramütés, amit a tervezés kezdetétől figyelembe kell venni. A termék gyártási költségét, a termék bonyolultsága, valamint az anyag kiválasztás befolyásolja legfőképp. Emiatt a gyártási költség összetett szempont. 33

5.2. AZ ÉRTÉKELEMZÉS Az értékelemzés a Copeland módszer segítségével történik. Összehasonlítja a megoldásvázlatokat az egyes szempontok alapján. A vizsgált megoldás a többihez viszonyítva lehet jobb (1), ugyanolyan (0) és rosszabb (-1). A sorok végén ezeket a pontokat összegezni kell. Az a megoldás lesz a legjobb, amely a legtöbb értéket kapja. Ezt meg kell ismételni minden szempont esetében. Az a megoldás lesz a legmegfelelőbb, amely a legtöbb értékelési szempontnál bizonyul jobbnak. A Copeland módszer sajátossága, hogy nem kell a szempontokat rangsorolni. Festési sebesség V1 V2 V3 Rangsor V1-1 -1-2 3 V2 1-1 0 2 V3 1 1 2 1 4. Táblázat Festékhordás Készülék tömege V1 V2 V3 Rangsor V1 1 1 2 1 V2-1 1 0 2 V3-1 -1-2 3 5. táblázat Készülék tömege 34

Tisztíthatóság V1 V2 V3 Rangsor V1-1 -1-2 2 V2 1 0 1 1 V3 1 0 1 1 6. táblázat Tisztíthatóság Biztonság V1 V2 V3 Rangsor V1-1 -1-2 3 V2 1-1 0 2 V3 1 1 1 1 7. táblázat Biztonság Gyártási költség V1 V2 V3 Rangsor V1 1 1 2 1 V2-1 0-1 2 V3 0-1 -1 2 8. táblázat Gyártási költség A Copeland értékelemzést elvégezve a harmadik megoldásvázlat bizonyult a legjobbnak, így a tervezés következő lépésinél ezt a változatot fogom részleteiben kidolgozni. 35

6. A TERVEZÉSI FOLYAMAT A megoldásvázlat kiválasztása után, folytatódhat a tényleges tervezési folyamat. Ennek első lépése az egyes követelmények meghatározása. Ezt a különböző funkciók megnevezése és értelmezése követi. A funkciók definiálása után konkretizálni kell a részegységeket, meg kell határozni azt, hogy milyen alkatrészekből épülnek fel. Miután ez megtörtént, elkezdődhet az egyes alkatrészek paramétereinek pontos meghatározása. 6.1. KÖVETELMÉNYEK MEGHATÁROZÁSA A tényleges tervezési folyamat megkezdése előtt, a tervezőnek szüksége van olyan adatokra, amely alapján a részegységek kidolgozását elkezdheti. Ezek az adatok a tervezendő gép követelményei, amelyet a piac- és szabadalomkutatásom eredményeként tudtam meghatározni. Az elvárásokban szerepelnie kell olyan peremfeltételeknek, melyeket a festékszórónak teljesítenie kell. A követelményjegyzék megfogalmazása során figyelni kell arra, hogy a feltételek megfogalmazása teljes legyen, amihez a pontos számszerűség elengedhetetlen feltétel. Végül a jegyzék, ellentmondásokat nem tartalmazhat. A követelményjegyzék a termék tervezése során kiegészülhet további pontokkal. Ár [Ft] A piackutatás adataiból kiindulva a termék maximális piaci értéke 30.000 Ft-ot nem haladhatja meg. Energiaforrás Teljesítmény [W] Festéktartály űrtartalma [l] Olyan készülék tervezése a célom, amelyet fizikai akadályok nélkül lehet alkalmazni, ezzel megnövelve a munkaterét. Emiatt az akkumulátoros kialakítást részesítem előnyben. A festékszórót egy 14,4 V-os és 1500 mah-ás lítium-ionos akkumulátor fogja működtetni. A teljesítmény nagysága függ az akkumulátor teljesítményétől. Emiatt és a piackutatás alapján P=60-100 W-os lehet. Ahhoz, hogy a festékfelhordás megszakítás nélküli üzemidejét maximalizáljuk, nagy térfogatú festéktartályra van szükség. Mivel a legszélesebb fogyasztói kör elérése a cél, ezért ez az érték nem haladhatja meg az 1-t, hogy ne legyen túl nagy a késztermék össztömege, ami kényelmetlenné tenné a tartós használatot. 36

Élettartam [h] Készülék tömege [kg] Festékfelhordás [ml/min] Szerelhetőség Tisztíthatóság Biztonság 100h A szakirodalom kutatás alapján a még kényelmes használható maximális készülék tömeg 4kg. Ahhoz, hogy piacképessé váljon a fejlesztendő termékem, legfeljebb 140 ml/min festékhordást kell elérnie. Ez az érték elegendő ahhoz, hogy megfelelő felület festése megtörténjen a rendelkezésre álló üzemideig. A festékszóró pisztoly használata után minden esetben szükséges a festék letisztítás a beszáradás elkerülése miatt. Emiatt fontos tényező az alkatrészek könnyű szét-, illetve összeszerelése, valamint gyártás során a könnyebb összeszerelhetőség miatt a hatékonyabb folyamat hozható létre. A tisztíthatóság a szerelhetőséggel összefüggő tényező, azonban az anyagok helyes megválasztásával ez a folyamat nagymértékben megkönnyíthető, a megfelelő konstrukció kialakítása mellett. A legfontosabb szempont a biztonságos működés elérése. Elsődleges balesetveszély forrás az áramütés, amely ellen védelmi előírásokat kell betartani. Az akkumulátorral való működtetés ezt a biztonsági tényezőt is előnyösen befolyásolja, a hálózati áramforráshoz képest. Garanciális cél 3000 PPM ami azt jelenti, hogy 1 millió eladott készülékből ennyi hibásodhat meg. Festékhordás szabályozhatósága Külső megjelenés Újrahasznosítás Gyártási költség A festési munkálatok változatosak lehetnek, emiatt különféle festési intenzitásokra van szükség. Annak érdekében, hogy ez elérhetővé váljon, szabályozási rendszerrel kell ellátni a festékszórót. A szivattyús dugattyú mechanizmusnál. A fogyasztók első benyomását a termék külső megjelenése határozza meg. Emiatt fontos szempont a modern, erőt sugárzó, minőségi kialakítás. Napjainkban egyre nagyobb szerepet kap az újrahasznosítás, ezért tervezésem során törekedni kell arra, hogy a készülékbe beépülő alkatrészek alapanyagai megfelelőek legyenek. Másik gazdasági szempont az ipari újrahasznosítás, ahol a hulladékká vált termék reprodukálhatóvá válik. A termék gyártási költségét, a termék bonyolultsága, valamint az anyag kiválasztás befolyásolja legfőképp. Emiatt a helyes konstrukció kiválasztásakor ezeket a tényezőket is figyelembe kell venni ahhoz, hogy a gyártott termék versenyképessé tudjon válni a konkurens festékszórókhoz képest. 37

6.2. FUNKCIÓK MEGHATÁROZÁSA A követelmények meghatározása után, az egyes funkciók meghatározása következik. A 22. ábrán is látható, hogy a teljes szerkezetet funkciócsoportokból épül fel, amik szaggatott téglalapokkal vannak elkülönítve. Négy darab ilyen csoport különböztethető meg. Vannak funkciócsoportok, amik további alapfunkciókat tartalmaznak. A 2. fejezetben ezeknek az elemeknek a pontos meghatározása történik úgy, hogy tényleges megoldás kiválasztása nem történik. 22. ábra Szerkezeti vázlat 6.2.1. I. FUNKCIÓCSOPORT Az első funkciócsoportba a festékszóró működtetéséért felelős alkatrészek tartoznak. Ide sorolható az energiaellátást megvalósító akkumulátor, az indítógomb, valamint az elektronikát vezérlő egység. Az utóbbi elemnek tartalmaznia kell olyan biztonsági megoldásokat, amelyek elsősorban a felhasználó védelmét, másodsorban a festékszóró védelmét szolgálja. 38

6.2.2. II. FUNKCIÓCSOPORT A második csoportba a festékszóró elektromos hajtása tartozik. A hajtás típusa és jellege függ az első csoportba tartozó energiaforrástól. Fontos eleme a teljes konstrukciónak, mivel a festékszórás mechanizmusát ez a funkciócsoport hozza működésbe. A motor tengelyvége a hajtóművel áll kapcsolatban, így itt a csapágyazás elengedhetetlen. 6.2.3. III. FUNKCIÓCSOPORT A III. funkciócsoportba tartozik a hajtómű, amely a motorból érkező nyomatékot és fordulatszámot alakítja át a festékszórásnak megfelelően. Az általam választott hajtómű kúpfogaskerék hajtómű, amely két egymásra merőleges tengelyű kúpkerékből áll. Választásom azért esett erre a típusra, mert sorozatgyártása könnyen kivitelezhető, valamint megbízható konstrukció és a megfelelő áttétel megvalósítható. A tányérkereket megfelelően csapágyazni kell, a megfelelő működés eléréséhez. A festékszóró fő szerkezeti egysége a harmadik funkciócsoport, mivel itt történik a megfelelő kinematikai mozgás leképzése. A tányér fogaskereken egy excentrikusan elhelyezett bütyök található, amelyhez egy dugattyúkar kapcsolódik. A hajtómű működésével a kar mozgásba hozza a dugattyút. 6.2.4. IV. FUNKCIÓCSOPORT A harmadik csoportban leírtak alapján, a tányérkeréken lévő bütyökre rögzített hajtókar a dugattyúval van összekötve. A fogaskerék forgásával a dugattyú vízszintes alternáló mozgást végez. Hátramenetben a munkahenger felszívja a festéket a tartályból, majd a dugattyú előre haladásával ezt egy pisztolyfej egységen keresztül kiporlasztja. A fejegység szabályozható attól függően, hogy milyen festést szeretnénk elérni. A festéktartályban található egy szívócső, ahol a festék áramolhat. Gondoskodni kell ennél az alkatrésznél arra, hogy a festékszóró megdöntésével ne tudjon a pisztolyba áramolni több festék a megengedett mennyiségtől. 39

6.3. AKKUMULÁTOR KIVÁLASZTÁSA Az első funkciócsoportba tartozó alkatrészek a 6.2.1. fejezetnél leírtak alapján a festékszóró energiaellátásért, vezérlésért felelősek. A tervezett gép energiaforrása akkumulátoros, így annak kiválasztásával kezdem a részletezést. A forgalomban kapható akkumulátoros festékszórók 14-18V-os akkumulátorral kaphatóak. Ezt alapul véve, kezdtem el a megfelelő egység kiválasztásának keresését. 23. ábra Li-ion 14,4V [20] A Bosch által gyártott 14,4 V-os 1,5 Ah-ás líthium-ion akkumulátort választottam. Ami a 23. ábrán látható. A címkén olvasható Power4All jelentése egy mindenkiért, vagyis ezzel az akkumulátorral több Bosch szerszámgépet lehet működtetni. A feltöltési ideje csak 1 óra. Döntésem azért esett a líthium-ionos akkumulátorra, mert a piacon kapható töltéshordozók közül ezek a termékek nagy energia tárolására alkalmasak, kis önsúly mellett. Környezetvédelmi 40

szempontból is sokkal kedvezőbb, mint a káros fémeket tartalmazó nikkel-kadmium termékek, amiket már Európában be is tiltottak. Rövidebb töltési időt igényel, nincs szükség az akkumulátor formázására, vagyis az első 24 órás folyamatos töltésre. Élettartamuk is nagyobb lett az elődeihez képest. Maga a technológia nem túl biztonságos, viszont egyszerre több biztonsági rendszerrel van ellátva, amik meggátolják az esetleges meghibásodásokat.[21] 6.4. MOTOR KIVÁLASZTÁSA A II. funkciócsoport legfontosabb eleme a villamosmotor, amely a festékszóró mechanizmusának működését teszi lehetővé. Mivel az energiaforrás 14,4 V-os akkumulátor, így ebből kiindulva kezdem a motor kiválasztásának keresését. Választásom a Transtecno világcég egyik termékére esett. A világ számos területén jelenlévő vállalat hajtóműveket és elektromos motorokat gyárt. A termékkatalógusukból egy olyan egyenáramú motort választottam, amelynek alacsonyabb a fordulatszáma. A választott villamosmotor: Transtecno EC020.120 24. ábra EC020.120 [22] 41

Motor főbb adatai: Típus Teljesítmény [W] Feszültség [V] Áramerősség [A] Nyomaték [Nm] Fordulatszám [r/min] Súly [kg] ECO020.120 20 12 2,6 0,067 2850 0,4 9. táblázat Motor adatai [23] A kialakítás hengeres, amelyben két mágnes található. Ventilátor nélküli kialakítás, emiatt a megfelelő szellőzést tervezéskor figyelembe kell vennem. A gyártó cég a használat típusától függően kategóriákba sorolja motorjait. S1-től S8-ig terjedően. A választott termékem S1 besorolást kapott, amely szerint folyamatosan működtethető, konstans terhelés mellett hamar eléri az egyensúlyi hőmérsékletét. A külső behatások elleni védelem osztályozását egy IP értékkel határozta meg a cég, amely két számból tevődik össze. Az első helyen álló a szilárd testek elleni védelmet, a második helyen álló pedig a folyadék elleni védelmet jelöli. Az ECO020.120 típusú motor IP20-as védelemmel van ellátva, amely szerint a szilárd testek ellen védve van, de nem vízálló. Emiatt tervezéskor a megfelelő tömítést szigorúan figyelembe kell venni.[23] A választott villamosmotor 12V-os feszültséggel üzemeltethető. Az akkumulátor viszont 14,4 V- os, ezért a festékszóró elektronikájának tartalmaznia kell egy szabályzó egységet, ami leszabályozza a töltéshordozó feszültségét. Az Li-ionos egység 1,5 Ah-s, vagyis 1,5 A leadására képes egy órán keresztül teljes feltöltésekor. A motorhoz szükséges áramerősség 2,6 A. Ebből megállapítható, hogy 34 perc működési idő érhető el legfeljebb. t üzem = I akku 1.5 A 60 = 60 min = 34,6 min I motor 2.6 A A motor méretei és részletes információi a mellékletben csatolt katalógusban látható. 42

6.5. HAJTÓMŰ TERVEZÉSE A motor kiválasztását követően, a megfelelő hajtóművet határozom meg. Választásomkor az ideális áttétel, teljesítmény és a konstrukciós megfontolások voltak a fő szempontok. Elsőként meg kell határozni az alapadatokat, amelyeket biztosítania kell a hajtóműnek. A hajtómű típusának kiválasztása után, annak geometriai tervezését, majd szilárdsági ellenőrzés végzem. 6.5.1. ALAPADATOK MEGHATÁROZÁSA A harmadik funkciócsoportba tartoznak azok az alkatrészek, amely a motorból származó nyomatékot és fordulatszámot alakítja át a megfelelő festékszóráshoz szükséges értékekre. Tehát egy hajtóművet kell kiválasztani, a megfelelő áttétel megállapításával. Ezt a piackutatási eredmények segítségével határozom meg. Kiindulási adatok: Térfogatáram: Q = 300 ml min = 0,3 dm 3 min = 5 10 3 dm 3 s Tehát annak érdekében, hogy a festékszórás minősége megfelelő legyen, 300ml festéket kell permeteznie percenként a festékszórónak. Löket térfogat: Dugattyú felülete: Dugattyú átmérője: Lökethossz: V löket = A dug. l = d d 2 π 4 A dug. = d2 π 4 d d = 5 mm l = 20 mm l = 0,05 dm 2 π 4 0,2 dm 4 10 4 dm 3 Az alapadatokból kiindulva az a cél, hogy másodpercenként V cél = 5 10 3 dm 3 térfogat festéket szórjon a készülék. Egy löket térfogatának ismeretében meghatározható, hány löketre van szükség másodpercenként. Hasznos löketszám: k = V cél = 5 10 3 dm 3 V löket 4 10 4 dm 3 = 12,5 13 43

A dugattyú vízszintes alternáló mozgást végez, amit a 22. ábrán látható szerkezeti vázlat is szemléltet. A Dugattyú hátratolásával a festéket felszívja a tartályból, majd előretolásával préseli ki. Tehát a tényleges löket, ami a festéket a környezetbe permetezi csak minden második löket. Ezt nevezzük hasznos löketszámnak, ez 13 löket másodpercenként. Teljes löketszám: k t = 2 k = 2 13 = 26 A dugattyúnak másodpercenként 26 löketet kell megvalósítania ahhoz, hogy az előre meghatározott térfogatáramot Q cél = 300 ml min teljesíteni tudja. A hajtómű egy teljes 360 -os fordulattal 2 löketet valósít meg. Ebből megállapítható, hogy olyan hajtóműre van szükség, amely a motor n motor = 2850 1 min = 47,5 1 s, fordulatszámát n = 26 1 s ra csökkentse. Hajtómű szükséges áttétele: i = n motor = 47,5 1 s n 26 1 s = 1,82 Ezt követően a hajtómű kiválasztását, majd tervezését folytatom. 44

6.5.2. HAJTÓMŰ ISMERTETÉSE A festékszóróhoz tervezett hajtóműnek legalább i 2 áttételt kell tudnia megvalósítani, valamint működésének biztonságosnak és zajszegénynek kell lennie. Egyéb konstrukciós megfontolások miatt, az általam választott hajtómű típus: Egyenes fogú kúpkerékpár. 25. ábra Egyenes fogú kúpkerékpár [25] A kúpkerék hajtás a fogaskerék hajtások egy különleges csoportját képezi, ahol a kapcsolódó tengelyek által bezárt szög 90. A kúpkerekeknél kinematikai származtatásukat tekintve kúpfelületek gördülnek le egymáson. Az ilyen kúpokat gördülőkúpoknak nevezzük. A kúpkerekek elsősorban gyártási, másodsorban számítási nehézségek miatt elemi vagy kompenzált fogazatúak, ezért a gördülőkúp az osztókúppal egybeesik.[26] 45

6.5.3. TERVEZÉSHEZ SZÜKSÉGES ALAPADATOK: Hajtó tengely átmérője: Bevitt teljesítmény: d = 6 mm P b = 20 W Hajtó tengely fordulatszáma: n 1 = 2850 Áttétel: i = 2 Tengelyszög: Σ = 90 Kapcsolószög (normál alapprofilszög): α = 20 Középső foghajlásszög: β m = 35 Foghajlás iránya: kiskeréken bal, nagykeréken jobb. Forgásirány: kiskerék: óramutató járásával ellentétes, tányérkerék: óramutató járásával azonos, az osztókúp csúcspontja felöl nézve. Fogmagasság változása: standard, állandó lábhézaggal. 1 min 6.5.4. KÚPKEREKEK GEOMETRIAI MÉRETEZÉSE Már meglévő alapadatok és ajánlott geometriai értékek ismeretében választom meg az egyes kiinduló méreteket. A méretezést követően, szilárdsági számításokkal ellenőrzöm a helyes konstrukciót. A kúpkerekek geometriai méretezésének megkezdése előtt a 27. ábrán szemléltetem a legfontosabb méreteket és azok elnevezéseit. 46

26. ábra Kúpkerékpár tengelymetszete [27] 27. ábra Kúpkerék fontosabb méreteinek ábrázolása [28] 47

Osztókör átmérők:d 1 ; d 2 Tengelyszög: Fejkör átmérők: d a1 ; d a2 Osztókúp szögek: δ 1 ; δ 2 Osztókúp hossz: R e Lábkúp szögek: δ f1 ; δ f2 Középső osztókúp hossz: R m Kapcsolószög: α Fogkúp szögek: δ a1 ; δ a2 Modul: m 10. táblázat Fontosabb méretek megnevezése 6.5.4.1. KISKERÉK OSZTÓKÖR ÁTMÉRŐJÉNEK MEGHATÁROZÁSA: A kúpkerék geometriai méreteinek meghatározását, a kiskerék osztókör átmérőjének meghatározásával kezdem. Kiskeréken ébredő nyomaték: M = P ω = P 60 2π n 1 = 20 W 60 2π 2850 1 min 0,067 Nm Mivel a hajtó tengelyvég átmérője d = 6 mm, ezért konstrukciós okokból a kiskerék osztókör átmérőjét d 1 = 24 mm-re választom. Kiskerék osztókör átmérője: d 1 = 24 mm 6.5.4.2. KISKERÉK FOGSZÁMÁNAK MEGHATÁROZÁSA Az ívelt fogú kúpkerekeknél az alámetszés elkerülhető, ha a kapcsolószög α = 20 és a kiskerék fogszáma legalább z 1 = 12. A biztonságos működés érdekében a kiskerék fogszámát z 1 = 16-re választom. Kiskerék fogszáma: z 1 = 16 48

6.5.4.3. NAGYKERÉK FOGSZÁMÁNAK MEGHATÁROZÁSA Nagykerék fogszáma: z 2 = i z 1 1 = 2 16 1 = 31 6.5.4.4. AZ ÁTTÉTEL VALÓS ÉRTÉKE Ezzel az áttétellel az elérhető térfogatáram: i valós = z 2 z 1 = 31 16 = 1,9375 i valós = n motor n n valós = n motor = 47,5 1 s valós i valós 1,9375 = 24,516 1 s A n cél =26 1 s fordulat szükséges Q cél=300 ml min eléréséhez. Egyenes arányosan: n cél n valós = Q cél Q valós Q valós = Q cél n valós n cél = 300 ml min 24,516 1 s 26 1 s = 282,87 ml min Tehát a megvalósítható térfogatáram: Q valós = 282,87 ml min 6.5.4.5.HOMLOKMODUL SZÁMÍTÁSA A KÜLSŐ FOG VÉGEN m t = d 1 24 mm = = 1,5 mm z 1 16 6.5.4.6.A NAGYKERÉK OSZTÓKÖR ÁTMÉRŐJÉNEK SZÁMÍTÁSA d 2 = z 2 m t = 31 1,5 mm = 46,5 mm 49

6.5.4.7.AZ OSZTÓKÚP SZÖGEK SZÁMÍTÁSA A fogszám viszony megegyezik a kinematikai áttétellel: u=i valós sin Σ δ 1 = arctan u + cos Σ = arctan sin 90 o 27,3o 1,9375 + cos 90o δ 2 = Σ δ 1 = 90 o 27,3 o = 62,7 o 6.5.4.8.KÜLSŐ OSZTÓKÚP HOSSZ SZÁMÍTÁSA R e = d 1 24 mm = = 26,16 mm 2 sin δ 1 2 sin 27,3o 6.5.4.9.FOGSZÉLESSÉG MEGHATÁROZÁSA Konstrukciós és szilárdságtani megfontolásból a kúpkerekek fogszélességét: b=10mm-re választom. 6.5.4.10. KÖZÉPSŐ OSZTÓKÚP HOSSZ MEGHATÁROZÁSA R m = R e b 2 = 26,16 mm 10 mm 2 = 21,16 mm 6.5.4.11. KÖZÉPSŐ MŰKÖDŐ FOGMAGASSÁG MEGHATÁROZÁSA wm = k 1 m t R m 21,16 mm cos β R m = 2 1,5 mm e 26,16 mm cos 35o = 1,987 mm Ahol: Fogmagasság tényező: k 1 = 2; mert z 1 12 50

6.5.4.12. LÁBHÉZAG SZÁMÍTÁSA c = k 2 wm = 0,125 1,987 mm = 0,248 mm Ahol: Lábhézag tényező: k 2 = 0,125 6.5.4.13. KÖZÉPSŐ FOGMAGASSÁG SZÁMÍTÁSA m = wm + c = 1,987 mm + 0,248 mm = 2,235 mm 6.5.4.14. EGYENÉRTÉKŰ ÁTTÉTEL SZÁMÍTÁSA m 90 = z 2 cos δ 1 z 1 cos δ 2 = 31 cos 27,3 o 16 cos 62,7 1,937 6.5.4.15. KÖZÉPSŐ FEJMAGASSÁG SZÁMÍTÁSA FEJMAGASSÁG TÉNYEZŐ c 1 = 0,21 + 0,29 0,29 = 0,21 + (m 90 ) 2 1,937 2 0,287 KÖZÉPSŐ OSZTÁS p m = π m t R m 21,16 mm = π 1,5 mm = 3,812 mm R e 26,16 mm KÖZÉPSŐ FEJMAGASSÁG am 1 = 1 c 1 wm = 1 0,287 1,987 mm = 1,417 mm am 2 = c 1 wm = 0,287 1,987 mm = 0,57 mm 51

6.5.4.16. KÖZÉPSŐ LÁBMAGASSÁG fm 1 = m am 1 = 2,235 mm 1,417 mm = 0,818 mm fm 2 = m am 2 = 2,235 mm 0,57 mm = 1,665 mm 6.5.4.17. FOGLÁB SZÖGEK SZÁMÍTÁSA θ f1 = arctan fm 1 R m θ f2 = arctan fm 2 R m = arctan = arctan 0,818 mm 21,16 mm = 2,214o 1,665 mm 21,16 mm = 4,499 6.5.4.18. FEJKÚP SZÖGEK SZÁMÍTÁSA δ a1 = δ 1 + θ f2 = 27,3 o + 4,499 o = 31,799 o δ a2 = δ 2 + θ f1 = 62,7 o + 2,214 o = 64,914 o 6.5.4.19. LÁBKÚP SZÖGEK SZÁMÍTÁSA δ f1 = δ 1 θ f1 = 27,3 o 2,214 o = 25,086 o δ f2 = δ 2 θ f2 = 62,7 o 4,499 o = 58,201 o 6.5.4.20. KÜLSŐ FEJMAGASSÁG MEGHATÁROZÁSA a1 = am 1 + 0,5 b tan θ f2 = 1,417 mm + 0,5 10 mm tan 4,499 o = 1,81 mm a2 = am 2 + 0,5 b tan θ f1 = 0,57 mm + 0,5 10 mm tan 2,214 o = 0,7633 mm 6.5.4.21. KÜLSŐ LÁBMAGASSÁG SZÁMÍTÁSA f1 = fm 1 + 0,5 b tan θ f1 = 0,818 mm + 0,5 10 mm tan 2,214 o = 1,011 mm f2 = fm 2 + 0,5 b tan θ f2 = 1,665 mm + 0,5 10 mm tan 4,499 o = 2,058 mm 52

6.5.4.22. KÜLSŐ KÖZÖS FOGMAGASSÁG w = a1 + a2 = 1,81 mm + 0,7633 mm = 2,573 mm 6.5.4.23. KÜLSŐ FOGMAGASSÁG = a1 + f1 = 1,81 mm + 1,011 mm = 2,821 mm 6.5.4.24. FEJKÖR ÁTMÉRŐK SZÁMÍTÁSA d a1 = d 1 + 2 a1 cos δ 1 = 24 mm + 2 1,81 mm cos 27,3 o = 27,217 mm d a2 = d 2 + 2 a2 cos δ 2 = 46,5 mm + 2 0,7633 mm cos 62,7 o = 47,2 mm 6.5.4.25. ÁTFEDÉS MEGHATÁROZÁSA Gyakorlatból származó ajánlás, hogy az átfedés 2 közelében legyen. Nagyobb kerületi sebesség esetén érdemes ezt az értéket 2 fölé vinni az egyenletes járás és kisebb zajszint érdekében, de ebben az esetben nagy kerületi sebességről nem beszélhetünk. Az átfedés meghatározása a 32. ábra segítségével történik. 28. ábra Átfedés meghatározása [27] 53

Foghajlásszög: β m = 35 Fogszélesség Homlokmodul = b 10 mm = m t 1,5 mm = 6,66 Így az átfedés értéke: ε β = 1,8 6.5.5. KÚPFOGASKEREKEK SZILÁRDSÁGI ELLENŐRZÉSE A kúpkerék fogaskerekeinek a szilárdságát legfőképpen az érintkezési feszültés, vagy a fogtő feszültsége határozza meg. A lassan forgó fogaskerekeknél kopás a jellegzetes károsodási forma, azonban a festékszóró esetében több, mint 0,5 m s kerületi sebességről beszélhetünk, így ez a károsodási forma nem lesz jellemző. A nagy sebességű kerekek esetében a leggyakoribb tönkremeneteli ok a berágódás. A szilárdsági ellenőrzést a fogfelületi igénybevételek meghatározásával kezdem, ahol az érintkezési feszültség meghatározása után, a biztonsági tényező értékét számolom. Ezt követően a fogtő igénybevételét állapítom meg, a fogtő feszültség kiszámításával. Végezetül itt is meghatározom a biztonsági tényező értékét és megvizsgálom a választott anyagminőséggel, hogy megfelel-e a feltételeknek. 6.5.5.1. FOGASKEREKEK ANYAGÁNAK KIVÁLASZTÁSA A kúpkerekek anyagának kiválasztásánál figyelembe kell venni a várható terhelések nagyságát, valamint a geometriai méreteket, illetve a gazdasági szempontokat. A fogaskerekekhez ugyanolyan anyagot választok, hogy az anyajellemzők különbségéből adódó kopást elkerüljem. A választott fogaskerék anyaga szinter acél: Fe4Cu0,55P-0,55C A tömeggyártásban egyre kedveltebb szinter fémet választottam, így a fogaskerekek gyártási ideje és költsége a legkedvezőbb. A világ egyik legnagyobb szinter fémeket előállító GKN SINTER METALS cég katalógusából választottam. [29] 54

Átlagos sűrűsége: ρ = 7 g cm 3 Szakítószilárdság: Egyezményes folyáshatár: R m = 590 MPa R p0.2 = 465 MPa A fogfelületek keménysége legalább: HRB 85 A fogfelület tartós szilárdsága (kifáradási határ) az adott anyagra: σ Dc = 215 MPa A fogtő tartós szilárdsága (kifáradási határ) az adott anyagra: σ Df = 215 MPa A rugalmassági modulus: E=1,4 10 5 MPa A Poisson tényező: ν =0,3 Pontossági fokozat: AGMA Q v = 10 Tervezett élettartam: L=1000 h 6.5.5.2. SZILÁRDSÁGI ELLENŐRZÉS FOGFELÜLETI IGÉNYBEVÉTELRE 6.5.5.2.1. ÉRINTKEZÉSI FESZÜLTSÉG MEGHATÁROZÁSA ς c = C p C b 2000 T D C a C v 1 2 b d C s C m C xc C f T l 1 I T D z Ahol: Rugalmassági tényező: C p = 1 π 2 1 ν2 E = π 2 1 1 0,3 2 1,40 10 5 MPa = 156,478 MPa 1/2 55

Ahol: Feszültség kiegyenlítési tényező: C b = 0,634 Tervezési nyomaték (optimális hordképet adó nyomaték): T D [Nm] Működő nyomaték a kiskeréken: T 1 [Nm] A számítások alapján 0,067 Nm nyomaték ébred, de biztonsági okokból ezt az értéket 0,1 Nm-re növelem. Feltételezzük: T l = T D = 0,1 Nm Külső dinamikus tényező: C a = 1,25 Belső dinamikus tényező: C v = 0,9584 u = 8 2 Q ς v Df 125 2 2 E = 8 2 10 2 215 MPa 125 2 1,40 10 5 MPa = 0,154 K z = 85 10 u = 85 10 0,154 = 83,46 A kerületi sebesség: Így a Belső dinamikus tényező: v t = d 1 π n 1 = 0,024 m π 2850 1 60 s = 3,581 m s 0,154 C v = K z u = 83,46 = 0,9584 K z + 14 v t 83,46 + 14 3,581 m s Mérettényező C s = 1 Terhelés eloszlási tényező, ha az egyik konzolosan csapágyazott: C m = 1,2 C mf = 1,2 1,32 = 1,584 C mf = 1,32, ha az egyik kerék konzolosan csapágyazott 56

Foghossz menti korrekciós tényező: Felületminőségi tényező: C xc = 1,5 (lokalizált hordkép esetén) C f = 1 (jó minőségű felületek esetén) Geometriai tényező a 33. ábra alapján: I = 0,094 29. ábra Geometriai tényező meghatározása [27] Terhelési kitevő: z = 1 (lokalizált hordképre, ha feltételezzük, hogy T D = T 1 Így az érintkezési feszültség: ς c = 156,478 MPa 1/2 0,634 = 105,3 MPa 2000 0,1 Nm 1,25 0,9535 1 10 mm 24 mm 1 1,584 1,5 1 2 0,096 0,1 Nm 0,1 Nm 1 = 57

6.5.5.2.2. MEGENGEDETT ÉRINTKEZÉSI FESZÜLTSÉG ς cmeg = C L C H C T C R ς Dc Ahol: Megengedett feszültség: Kifáradási határ: ς cmeg [MPa] ς Dc [MPa] Keménységi-viszony tényező: C H C H = 1, mivel a két kerék anyagának keménysége azonos Élettartam tényező: Hőmérséklet-tényező: C L C T C T = 1, mivel az üzemi hőmérséklet nem haladja meg a 120 -ot Megbízhatósági tényező: C R C R = 1, mivel 99%-os a megbízhatóság Élettartam tényező meghatározása: A terhelésismétlődési szám: Az élettartam tényező összetevők: N L = L n 1 60 = 1000 2850 1 60 = 1,71 108 min Az élettartam tényezők meghatározása a 34. ábra segítségével történik. Jele: C L 58

30. ábra Élettartam tényezők meghatározása [27] C L1 = 1,4605 N L 0,0235 = 1,4605 1,71 10 8 0,0235 = 0,93546 Az élettartam tényező: C L2 = 2,4502 N L 0,0556 = 2,4502 1,71 10 8 0,0556 = 0,85397 C L = C L1 + C L2 2 = 0,93546 + 0,85397 2 = 0,89 Tehát: ς cmeg = C L C H ς C T C Dc = 0,89 1 215 MPa = 191,35 MPa R 1 1 Mivel az érintkezési feszültség kisebb a megengedett értéktől, így fogfelületi igénybevételre megfelel! ς c < ς cmeg 105,3 MPa < 191,32 MPa 59

6.5.5.2.3. A BIZTONSÁGI TÉNYEZŐ n c = ς cmeg ς c = 191,35 MPa 105,3 MPa = 1,82 Ez a biztonsági érték a valóságban nagyobb, mivel a 0,067 Nm-es valós tengelyen ébredő nyomatékot 0,1 Nm-el számoltam. 6.5.5.3. SZILÁRDSÁGI ELLENŐRZÉS FOGTŐ IGÉNYBEVÉTELRE 6.5.5.3.1. A FOGTŐ FESZÜLTSÉG Ahol: ς f = 2000 T 1 K a K v Fogtő feszültség: ς f [MPa] Működő nyomaték a kiskeréken: T 1 [Nm] Fogszélesség: b [mm] Kiskerék osztókör átmérője: d 1 [mm] Homlokmodul: m t [mm] Külső dinamikus tényező: K a = C a Belső dinamikus tényező: K v = C v Mérettényező: K s = C s Terhelés elosztási tényező: K m = C m Foghossz menti görbületi tényező: K x Középső osztókúphossz:r m [mm] 1 K s K m b d 1 m t K x J Foghossz menti görbületi tényező meghatározása: q = 0,279 lg sin β = 0,279 = 1,1557 m lg sin 35o 60

K x = 0,211 r c R m q + 0,789 = 0,211 19,05 mm 21,16 mm 1,1557 + 0,789 = 1,0272 Ahol a késfej sugár: r c : késfej sugár [mm] r c = d 2 2 = 46,5 mm 2 = 23,25 mm 0,92 in A Gleason szabványosított késfej sorozata (a méretek inch-ben értendők): r c = 0,25 0,55 0,75 1,0 1,375 1,75 2,25 2,5 3,0 3,125 3,75 4,5 5,25 6,0 7,0 A Gleason késfej sorozat szabványos kése ehhez: r c = 0,75 in 19,05 mm Feltétel: K xmin = 1 K x K xmax = 1,15 K xmin = 1 1,0272 K xmax = 1,15 teljesül! Geometriai tényező: J (értéke a 35. ábra alapján meghatározható) 61

31. ábra Geometriai tényező meghatározása [27] Tehát a geometriai tényező: J = 0,207 Így a fogtőben ébredő feszültség: ς f = 2000 0,1 Nm 1,25 0,9584 1 10 mm 24 mm 1,5 mm 1 1,584 1,0272 0,207 = = 5,3978 MPa 62

6.5.5.3.2. A MEGENGEDETT FOGTŐ FESZÜLTSÉG ς fmeg = K L K T K R ς Df Ahol: Hőmérséklet-tényező: K T = C T Megbízhatósági tényező: K R = C R Élettartam tényező: KL (NL a terhelés ismétlődési szám meghatározása (34. ábra) K L1 = 8,2217 N L 0,1307 = 8,2217 1,71 10 8 0,1307 = 0,6901 K L2 = 1,6831 N L 0,0323 = 1,6831 1,71 10 8 0,0323 = 0,9124 K L = K L1 + K L2 2 Így a megengedett fogtő feszültség: ς fmeg = = 0,6901 + 0,9124 2 = 0,80125 K L ς K T K Df = 0,80125 215 MPa = 172,269 MPa R 1 1 Látható hogy a fogtő feszültség értéke nem haladja meg a megengedett értéket, tehát fogtő igénybevételre megfelel! ς f < ς fmeg 5,3978 MPa < 172,269 MPa 6.5.5.3.3. A BIZTONSÁGI TÉNYEZŐ n f = ς fmeg ς f = 172,269 MPa 5,3978 MPa = 31,91 63

6.5.5.4. ÉRTÉKELÉS A kúpkerékpár szilárdsági szempontból megfelelő, ha a feltétel teljesül: n c n c min és n f n f min A minimálisan szükséges biztonság: n c min = 1,2 1,4 < n c = 1,82 n f min = 1,6 2,0 < n f = 31,91 A feltétel teljesült, tehát a kúpfogaskerekek szilárdságtanilag megfelelőek! 6.5.6. MOTOR TENGELYÉRE ILLESZTETT KÚPKERÉK A kúpkerékpár meghajtását a villamosmotor végzi. A kiskerék a motor tengelyvégén helyezkedik el. A két gépelem közötti kötés kiválasztásakor figyelembe vettem a termelékenységet, gazdasági költségeket és a biztonságot. Szilárd illesztést választottam, mivel ez a módszer az egyik legtermelékenyebb, alacsony ciklusidőt vesz igénybe. Tömeggyártásban a leggazdaságosabb megoldás, mivel az ehhez szükséges présgép megvétele egyszeri kiadást jelent. Másodlagosan biztonsági tényezőt is tartalmaz. Esetleges készülék meghibásodásakor, ha a fogaskerék túl nagy nyomatéknak lenne kitéve, szétold a kötés hasonlóan egy nyomatékkapcsolású tengelykapcsoló esetében. 64

6.5.6.1. Szilárd illesztés A hengeres feszített kötések szilárd illesztéssel megvalósított tengely-agy kötések. Fedés alakul ki közöttük, amely felületi nyomást eredményez. A két alkatrész között fellépő súrlódás adja át a nyomatékot. A komponensek kapcsolatát sajtolt kötésnek is nevezzük, ahol a szerelés egy tengelyirányban történő F e sajtolóerővel történik. A motor által leadott nyomatékból meghatározhatjuk, hogy mekkora terhelést kell biztonságosan kibírnia a kötésnek úgy, hogy az alkatrészek ne sérüljenek. 6.5.6.2. Szilárd kötés megfelelő illesztésének meghatározása Kiindulási adatunk a villamos motorból származó nyomaték, amely hatására a kúpkerékpár működésbe lép. Ennek tudatában lehet meghatározni a megfelelő tűrést. Ezt követően a tengely és agy szilárdsági biztonságát is ellenőrzöm. A számításokhoz szükséges adatokat ebben a pontban sorolom fel. A választott motor tengelyére vonatkozó részletes adatot a gyártó cég nem tüntetett fel. Kérésemre válaszolva a motor tengelyére vonatkozó anyagjellemzőket megtudtam. A tengely anyaga: C40E A választott anyag szénacél, amelyet gépgyártási célokra használnak, mint például tengelyek, fogaskerekek. A tengelyre vonatkozó katalógust a mellékletekben megtalálható. Kiindulási adatok: Nyomaték: M=0,067 Nm, ezt megnövelem M=0,1 Nm-re, ahol még a képkerék nem károsodhat. Tengelyátmérő: d h =6 mm Agy külső átmérője: d k =24 mm Kötés hossza b=11 mm Tengely anyaga: C40E Agy anyaga: Fe4Cu0,55P-0,55C Tengely érdessége: R zt =0,001mm Agy érdessége: R za =0,0015mm 65

Súrlódási tényező: μ=0,15 Megcsúszás elleni biztonság: S H =1,5 Axiális erő: F a =0N Üzemi tényező: K A =1 A tengely rugalmassági modulusa: E t = 2,1 10 5 MPa A tengely Poisson tényezője ν t =0,3 A tengely folyáshatára R et =460 MPa A tengely szakítószilárdsága R mt =700 MPa Tengely és agy illesztett átmérője: d=6 mm Tengely belső átmérője: d b =0mm Az agy rugalmassági modulusa: E a = 1,4 10 5 MPa Az agy Poisson tényezője: ν a =0,3 Az agy névleges folyáshatára: R p0,2a =465MPa Az agy szakítószilárdsága: R ma =590MPa 6.5.6.3. Minimálisan szükséges kötési nyomás A fellépő nyomaték ismeretében egy összefüggéssel meghatározható a minimálisan szükséges felületi kötési nyomás, ami a két alkatrész érintkezési felületén ébred. A szilárd illesztés hatására az agy kitágul, a tengely zsugorodik. Ez az első lépés a megfelelő tűrés megválasztásához. 32. ábra Átmérő változása [30] 33. ábra Fellépő kötési nyomás [30] 66

Minimálisan fellépő kötési nyomás: p min = S H μ π d b F a 2 + 4 K A M 2 d 2 = p min = 1,5 0,15 π 6mm 11mm 4 1 100 Nmm 2 6mm 2 = p min = 1,608 MPa Minimális átmérő változása a megengedhető legkisebb nyomás hatására: z min = p min d 1 1 + Q t 2 E 2 t 1 Q ν t + 1 1 + Q 2 a t E a 1 Q2 + ν a = q z min = 1,608 MPa 6mm 1 2,1 10 5 MPa 1 + 0 1 0 0,3 + 1 1,4 10 5 MPa 1 + 0,252 1 0,25 2 + 0,3 = z min = 1,309 10 4 mm Ahol: Átmérő viszonyszámok: Q t = d b d = 0mm 6mm = 0 mm Q a = d = 6mm = 0,25 mm d k 24mm Legkisebb szükséges fedés: U min = z min + G = 1,309 10 4 mm + 0,0025 mm 0,0026 mm 67

Ahol: Lesimulás számítása: Az érdesség-csúcsok képlékeny deformációja következtében szerelés közben a fedés egy része elveszik. Ez a fedési veszteség, vagy lesimulás az egyenetlenség-magasság mintegy 40%-a. G = 0,8 R zt + R za = 0,8 0,001mm + 0,0015mm = 0,0025 mm 6.5.6.4. TŰRÉS KIVÁLASZTÁSA 34. ábra Tűrésmező [30] U min = f min = 0,01mm = ei ES Ebből az összefüggésből kiindulva tűréstáblázatból olyan szilárd tűrést választottam, amelynél az ei-es értéke legalább 0,0025 mm. Választott tűrés: H7/r6 A tengely eltérései: es: 0,023mm ei: 0,015mm Az agy eltérései: ES: 0,012mm EI: 0mm 68

6.5.6.5. TÉNYLEGES FEDÉSEK MEGHATÁROZÁSA Legkisebb fedés: f min = U min = ei ES = 0,015mm 0,012mm = 0,003 mm Legnagyobb fedés: f max = U max = es EI = 0,023mm 0mm = 0,023 mm Maximális átmérő változás: U max = z max + G z max = U max G = 0,023mm 0,0025mm = 0,0205 mm Maximálisan felléphető nyomás: A maximális átmérő meghatározását követően, ebből a kifejezésből kiemelve, megkapjuk a maximális nyomás értékét. z max p max 1 d Et 1 Q 1 Q 2 t 2 t 1 t E a 1 Q 1 Q 2 a 2 a a p max p max = 6mm z max p max = d 1 E 1 + Q t 2 2 t 1 Q ν t + 1 t E 1 + Q 2 a a 1 Q2 + ν a a 0,0205 mm 1 2,1 10 5 MPa 1 + 0 1 0 0,3 + 1 1,4 10 5 MPa 1 + = 0,252 1 0,25 2 + 0,3 p max = 251,75 MPa = 69

6.5.6.6. AGY ÉS TENGELY SZILÁRDSÁGI BIZTONSÁGA A p max ismeretében határozható meg az agy, valamint a tengely szilárdsági biztonsága. Az agy szilárdsági biztonsága: p max = 1 Q a 2 3 R p0,2a S Fa S Fa = 1 Q 2 a 3 R p0,2a = 1 0,252 465MPa p max 3 251,75 MPa 1 A tengely szilárdsági biztonsága: p max = 1 3 R et S S Ft = 1 Ft 3 R et = 1 p max 3 500 MPa 251,75 MPa 1,15 Mivel a számolás kezdetekor a fellépő nyomatékot biztonsági okok miatt felkerekítettem, így a szilárdági biztonság értékei megfelelőek! 6.5.7. KÚPKERÉK CSAPÁGYAZÁSA A kúpkerék hajtó fogaskereke tehát szilárd illesztéssel kapcsolódik a motor tengelyéhez. A nagyobb kerék azonban csapágyazva, a házhoz rögzítve található. Ebben a pontban meghatározom a csapágyazás kialakítását és bemutatom a főbb elemeit. Ezt követően a fő igénybevételeket megállapítom, majd csapágyélettartamot számolok. 6.5.7.1. Csapágy kiválasztása Az SKF kínálatából választottam egy csapágyat. Két csapágy alkotja a csapágyazást, mind a kettő azonos, egysoros mélyhornyú golyóscsapágy. Választott csapágyak: SKF 624 70

35. ábra Csapágy méretek [30] Főbb paraméterei: Külső átmérő: D = 13mm Belső átmérő: d = 4mm Szélesség: B = 5 mm Dinamikus alapterhelése: C = 0,936 kn Statikus alapterhelése: C 0 = 0,29 kn 6.5.7.2. CSAPÁGY ÉLETTARTAM SZÁMÍTÁS A csapágy élettartam kiszámításához elsőként a csapágyakat érő terheléseket kell meghatároznunk. A 36. ábrán láthatóak azok a terhelések, amelyek a kúp fogaskerékpár működése közben fellépnek. Elsőként ezeket az erőket határozom meg. A számításhoz szükséges adatokat a kúpkerekek geometriai számításakor határoztuk meg. 71

Kerületi erő meghatározása: F t2 = Radiális erő meghatározása: 36. ábra Fellépő terhelések [27] T 1 100 Nmm = = 5,318 N R m sinδ 2 21,16mm sin62,7 F R2 = F t2 tgα cosβ m cosδ 2 + tgβ m sinδ 2 = 5,318N tg20 cos62,7 + tg35 sin62,7 = 4,393 N cos35 Axiális erők meghatározása: F A2 = F t2 tgα t cosβ m sinδ 2 tgβ m cosδ 2 = 5,318N tg20 sin62,7 tg35 cos62,7 = 0,392 N cos35 72

37. ábra Kúpkerék csapágyazásán fellépő terhelések [27] Kúpkerék osztókör átmérő: d m2 = 37,606 mm d m2 = 2 R m sinδ 2 = 2 21,16mm 62,7 = 37,606 mm Tengelyen ébredő nyomaték: M t = d m 2 F 2 A2 = 37,606mm 0,392N = 7,37 Nmm 2 6.5.7.2.1. CSAPÁGYAKON ÉBREDŐ RADIÁLIS ERŐK A csapágy: F Ar = F R2 l 1 M t b 1 = 4,393 N 15mm 7,37Nmm 9mm = 6,503 N F At = F t2 l 1 = 5,318N 15mm = 8,86 N b 1 9mm 73

B csapágy: F Br = M t F R2 a 1 b 1 = 7,37Nmm 4,939N 6mm 9mm = 2,474 N F Bt = F t2 a 1 = 5,318N 6mm = 3,545 N b 1 9mm 6.5.7.2.2. EREDŐ RADIÁLIS CSAPÁGYERŐK A csapágy: F AR = F Ar 2 + F At 2 = 6,503N 2 + 8,86N 2 = 10,99 N B csapágy: F BR = F Br 2 + F Bt 2 = 2,474N 2 + 3,545N 2 = 4,323 N 6.5.7.2.3. CSAPÁGYON ÉBREDŐ AXIÁLIS TERHELÉS A kúpkerékpár működésével ébredő axiális erő: F A2 = 0,392 N A kúpkerékpár tömegéből adódó axiális erő: F G2 = m G2 g = 0,12kg 9,81 m s 2=1,177 N Ahol: kúpkerék tömege: m G2 tömeggyorsulás: g 74

Tehát a B csapágy axiális terhelése: ΣF a = 0 = 1,77N 0,392N + F Ba F Ba = 1,77N + 0,392N = 2,162 N A csapágy: 6.5.7.2.4. A CSAPÁGYAKRA HATÓ ERŐ NAGYSÁGA F A = F Aa 2 + F AR 2 = 0 2 + 10,99 N 2 = 10,99 N B csapágy: F B = F Ba 2 + F BR 2 = 2,162 N 2 + 4,323 N 2 = 4,83 N 6.5.7.2.5. A CSAPÁGYAKRA HATÓ EGYENÉRTÉKŰ DINAMIKUS TERHELÉSE A csapágyak egyenértékű dinamikus terhelését kétféle módon lehet meghatározni attól függően, hogy milyen a terhelések aránya: P = F r, P = XF r + YF a, a F a F r e a F a F r > e Ahol: X a radiális terhelés tényezője, Y az axiális terhelés tényezője, F r a csapágy radiális terhelése, N; F a a csapágy axiális terhelése, N; e a terhelési viszonyszám tényezője. A terhelést befolyásoló tényezők az F a /C 0 hányados függvényei. A C 0 a csapágy statikus alapterhelése.[32] 75

11. táblázat Csapágy jellemzők [32] A választott csapágy F a /C 0 hányadosát kiszámolva meghatározhatom az e értékét. F a = 2,164N C 0 290N = 0,0075 Mivel ez az érték nem szerepel a megadott táblázatban, így annak segítségével, egy közelítő függvénnyel meghatározom a hozzá tartozó e terhelési viszonyszám értékét. Terhelési viszonyszám meghatározása Fa/C0 0,5 0,45 0,4 0,35 0,3 0,25 0,2 0,15 0,1 0,05 0 y = 0,509x 0,233 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 Terhelési viszonyszám (e) A közelítő függvény: y = 0,509x 0,233, ahol az y a F a C 0 = 0,0075 és az x értékét keressük. x-re rendezve a függvényt: 76

x = e = 0,233 y 0,509 = 0,233 0,0075 0,509 = 1,378 10 8 Tehát F a F r < e 0,0075 < 1,378 10 8, így a B csapágy esetében is a P = F r értékkel kell számolni! A csapágy egyenértékű dinamikus alapterhelése: B csapágy alapterhelése: P A = F A = 10,99 N P B = F BR = 4,323 N A kiválasztott csapágyak megadott dinamikus és statikus alapterhelhetősége lényegesen nagyobb a kiszámolt alapterhelésektől, így a csapágyak megfelelnek! 6.5.7.2.6. A CSAPÁGYAK ÉLETTARTAMA A gördülőcsapágyak alapélettartama: L 10 = C P p Ahol: L10 az alapélettartam, millió körülfordulás; C a dinamikus alapterhelés, N; P a dinamikus egyenértékű terhelés, N; p az élettartam kitevő, mely golyóscsapágyakra p = 3 A csapágy alapélettartama: L A 10 = C P A p = 936 N 10,99 N 3 = 617780 77

B csapágy alapélettartama: L B 10 = C P B p = 936 N 4,323 N 3 = 10150135 Az üzemórákban számított élettartam: L 10 = 106 60 n L 10 Ahol: L10h az élettartam, h; n=1470,96 1 min a fordulatszám, 1/min; L10 az élettartam, millió körülfordulás A csapágy üzemórákban számított élettartama: L A 10 = 106 60 n L A 10 = 10 6 60 1470,96 B csapágy üzemórákban számított élettartama: L B 10 = 106 60 n L B 10 = Tehát a csapágy élettartama megfelelő! 10 6 60 1470,96 617780 = 6999737 1 min 10150135 = 115005789 1 min 78

6.5.7.3. CSAPÁGYAZÁS ISMERTETÉSE A kúpkerék csapágyazásának tervezésekor figyelembe vettem a csapágyakra ható terhelések irányát és mértékét. Axiális tengelyű a csapágyazás, ahol álló a tengely. A tengely rögzített a festékszóró házához. 38. ábra Kúpkerék csapágyazása A 38. ábrán látható a csapágyazás. A két csapágy (1,3) azonos méretű és típusú. Az előző számítások alapján az alsó vezető csapágyat (3) kis axiális erő is éri, amit a mélyhornyú golyóscsapágy fel tud venni. Az alsó csapágy szilárd illesztéssel van préselve a kúpkerékhez (6). A belső gyűrűjének előfeszítését az ábrán látható rugó (4) végzi. A rugó az axiális erőket is felveszi. A két csapágy között távtartó-gyűrű (2) helyezkedik el, amely a csapágyak külső gyűrűjét támasztják meg. A felső csapágy (1) átmeneti illesztéssel helyezkedik el a furatban. A külső csapágygyűrűt egy bepréselt fedél (7) támasztja meg. A csapágy belső gyűrűjének megfogását egy C-klipsz valósítja meg. 79

39. ábra Csapágyazás robbantott ábrája 6.5.7.3.1. BEPRÉSELT FEDÉL 40. ábra Bepréselés előtt 41. ábra Bepréselés után A 40. ábrán látható a csapágy fedél bepréselés előtt. Az alkatrész külső pereme 45 -os szögben áll. A kúpkerék furatába préselve felveszi a furat belső falának alakját, így válva 90 -ossá. A beillesztés hatására a csapágy külső gyűrűjére felfekszik és megtámasztja azt. A fedél anyaga C75S rugó acél, amely képes biztosítani a csapágyak külső gyűrűjét. 80

6.5.7.3.2. CSAPÁGYTENGELY A csapágytengely ragasztott kötéssel illeszkedik a ház furatába. A tengely vége lelapolt annak érdekében, hogy az álló tengely ne tudjon elfordulni. Felfelé ható axiális erőhatásnak nincs kitéve, így a ragasztott kötés megfelelő. A felső részén található egy beszúrás, ahová egy rögzítő c-klipsz elem illeszkedik. Mivel álló a tengely és nagyobb igénybevételnek nincs kitéve, ezért anyagválasztáskor kisebb folyáshatárú anyag is megfelel. 42. ábra Csapágyazás tengelye Tengely anyaga: S355N Ötvözetlen szerkezeti acél, amelynek a folyáshatára R eh = 355 MPa. Környezeti hatások ellen nem védett, de nincs is kitéve a szerkezet belsejében ilyen hatásoknak. 43. ábra Tengely megfogás 81

6.6. MŰKÖDTETŐ MECHANIZMUS 44. ábra Működési mechanizmus A legjobb megoldásvázlat kiválasztásakor már kialakult a megfelelő mechanizmus elve. Alapját a kúpkerék mozgása jelenti. A tányérkeréken található egy forgó kar, amely összeköttetésben áll egy dugattyúval. A dugattyú egy belső csőrendszer fő elemét képezi. A dugattyú alternáló hatása következtében vákuum, illetve túlnyomás alakul ki. A vákuum felszívja a tartályban lévő festéket a belső csőrendszerbe. Ezt követően a dugattyú összenyomja a teret, kialakítva a túlnyomást. A belső teret egy visszacsapó szelep zárja el. Az állítható rugós szelep akkor nyit, ha a belső nyomás elérte a megfelelő szintet. Ezt az értéket irodalomkutatás alapján határoztam meg. Az állítható szelepnek más célja is van. A rugó előfeszítését növelve, nagyobb nyomás lehet elérni, így magasabb intenzitású festés lehet megvalósítani. Másik szerepe a biztonság, mivel megakadályozza a festék visszaáramlását. Miután a festék áthaladt a szelepen, egy kisátmérőjű 82

fúvókán keresztül jut ki a festékszóróból. A festékpermet alakját a megfelelő fúvóka kiválasztásával érhető el. 6.6.1. Hajtókar és dugattyú 45. ábra Hajtókar és dugattyú felépítése A forgó mozgás itt válik alternáló mozgássá. A kúpkerék tetején található egy csap. Ez az alkatrész menetesen csatlakozik a kúpkerékhez. A dugattyúnak 20 mm a lökethossza. Ahhoz, hogy ezt megvalósítsa, a kúpkeréken egy 20 mm átmérőjű körre kellett elhelyeznem a csapot. A csap peremes részén fekszik fel a hajtókar. A kar furatos, így a csap végig megvezeti, a végét pedig egy szorító gyűrű lezárja. A gyűrű és a hajtókar felső része között legalább 0,1 mm-nek kell lennie, hogy ne feszüljön meg a kar, ezzel gátolva a működését. A hajtókar másik vége a dugattyúhoz kapcsolódik. A két gépelemet egy csapszeg kapcsolja össze, amit az alján seeger- 83

gyűrűvel rögzítünk. A dugattyú kar csatlakozó furata és a csapszeg laza illesztéssel kapcsolódik egymáshoz, a simább működés érdekében, a hajtókar furataihoz pedig szilárdan. 46. ábra Csapszeg illesztése A dugattyú végzi a festékszórás szükséges alternáló mozgást. A dugattyú vége közvetlenül találkozik a festékkel így fontos, hogy korrózióálló fémből kell készülnie. Ilyen korrózióálló acél például az X6Cr13, amely erősen ötvözött és a szakítószilárdága is R m = 400 700 MPa értékével megfelelő. 84

6.6.1.1. A DUGATTYÚ MŰKÖDÉSE A dugattyú működésénél három fő lépést különböztethetünk meg. Az első alaphelyzetben van, ilyenkor a rendszer belső nyomása megegyezik a légköri nyomással. Kezdeti pozícióban a dugattyú eltakarja a festék szívócsövét, így használaton kívül nem juthat festék a rendszerbe. 47. ábra Alaphelyzetben lévő dugattyú Ez látható a 47.ábra 1. számú vázlatán. A második lépésben a dugattyú hátra tolódik, így a rendszerben vákuum alakul ki. Amint a dugattyú már nem fedi a szívócsövet, az alacsonyabb nyomás kiegyenlítődik úgy, hogy a festéktartályból a festéket felszívja a belső rendszerbe. Ezt a folyamatot a 2. számmal jelölt ábra mutatja, ahol a festék útját a fehér nyíl, a dugattyúét a fekete mutatja. Miután a dugattyú végállásba ért, előre mozog, e közben a belső nyomás növekszik. A belső csőrendszer végén visszacsapó szelep található, melyet a következő fejezet részletesebben fog taglalni. A szelep segítségével érhető el a megfelelő nyomás. Miután a dugattyú elérte azt a lökethosszt, amivel az előtte tolt festék nyomása meghaladja a szelep nyitásához szükséges szintet, a festékszórás elkezdődik. 85

6.6.1.2.VISSZACSAPÓ SZELEP A már fentebb említett visszacsapó szelep fontos egysége a rendszernek. Két fő szerepet tölt be a festékszórás létrehozásában. Az egyik szerepe, hogy a festék ne tudjon visszaáramolni, valamint külső szennyeződés ne kerülhessen a rendszerbe. A másik legfontosabb ok a szelep alkalmazásának az, hogy a festékszóráshoz szükséges kellő nyomást elérjük. Kis térfogaton kell nagy nyomást elérni, így ez az érték meglehetősen magas. Piackutatást végezve a megfelelő nyomás 500-1500 psi, amely 35-100 bar nyomást jelent. 48. ábra Visszacsapó szelep felépítése A 48. ábrán látható a visszacsapó szelep felépítése. Az alumínium belső csőrendszerben található a dugattyú, ahol a festés felszívása és előretolása történik, amit a 47. ábra is szemléltet. A végén található a szelep, mely négy fő egységből áll. Az elzáró egység egy félgömb végű csap, amit egy rugó előfeszítése szorít a belső cső falához. A rugó előfeszítését a beállító kar végzi, amely a rugó felett helyezkedik el és menetesen kapcsolódik a belső csőrendszer oldalsó furatába. A kar végén 86

kér lelapolás található, amivel szilárdan illeszkedik egy tekerőgombhoz. A gomb eltekerésével a kart lejjebb csavarjuk a menetes kapcsolat segítségével és a rugónak nagyobb előfeszítést adunk. A belső zárt rendszerben a dugattyú előretolásával, a belső nyomásnak addig kell nőnie, még el nem éri a meghatározott 35-100 bar nyomást, vagyis a 3,5-10 MPa-os belső nyomást. Ez azt jelenti, hogy a rugónak akkora erővel kell leszorítania a csapot, hogy ezt a nyomást elérje. 6.6.1.2.1. RUGÓ ELŐFESZÍTÉSE Ahol: p valós = F r elő. A sz F r elő. = p valós A sz Szükséges belső nyomás: Szorítócsap keresztmetszete: Rugó előfeszítő erő: p valós = 3,5 10 MPa A sz = d sz 2 π = 10mm 2 π = 78,54 mm 2 4 4 F r elő. F r elő. min = p valós min A sz = 3,5MPa 78,54 mm 2 = 274,89 N F r elő. max = p valós max A sz = 10MPa 78,54 mm 2 = 785,4 N Tehát a rugó előfeszítését F r elő. = 274,89 N 785,4 N között mozoghat! 87

49. ábra Visszacsapó szelep beépítése 6.7. FESTÉKSZÓRÓ FEJEGYSÉG Miután a belső térben kialakult a megfelelő nyomás, a festék továbbhalad a csőben. A festék eljut a fúvókához, amely a festék megfelelő szórását valósítja meg. Ez az egység is több részből tevődik össze. 88

50. ábra Fejegység felépítése Az 50. ábrán látható a fejegység három fő része. A belső csőrendszer végéhez kapcsolódik a fúvóka, az egység legfontosabb eleme. A fúvóka vége szűkülő keresztmetszetű, ezzel hozva létre a festékszóráshoz megfelelő szórásképet. Erre egy szorítógyűrű kerül, ami a stabil megfogását végzi a fúvókának. A harmadik elem a fekete rögzítőgyűrű, amely belső falán menet található. A menet segítségével lehet a festékszóró házhoz rögzíteni a gyűrűt, ami a szorítógyűrűt is rögzíti. A festékszóráskor több féle szórásképet szeretnénk megvalósítani, az adott művelettől függően. Ezért terveztem a fejegységet ilyen elemekből, hogy ez könnyedén megvalósítható lehessen. A szóráskép megváltoztatását a fúvóka kicserélésével lehet elérni. A késztermékhez tartozna több ilyen elem is. 51. ábra Fúvókák szórásképei [34] 89

6.8. FESTÉKTARTÁLY A festéktartályban található a higított festék. A tartály űrtartalma 0,5 liter. Nagyobbat nem célszerű választani, mert kényelmetlenné válik a festékszóró használata a nagy önsúly miatt. Menettel kapcsolódik a ház aljához. A ház és a tartály között egy tömítőgyűrű helyezkedik el annak érdekében, hogy a festék ne tudjon a gépházba folyni (52. ábra kék színű gyűrű). 52. ábra Festéktartály A pisztolyt változó pozícióban használjuk attól függően, éppen mit festünk. Emiatt a tartályban lévő festék is arra fog folyni, amerre döntjük. Ez a jelenség akkor okoz problémát, amikor a 90

tartályban csak kevés folyadék található. Ekkor a merev szívócső nem tudja felszívni a folyadékot és a festés megszakad. E probléma elhárítása miatt egy forgó rendszert alkalmaztam. A szívócső hajlított véggel rendelkezik, hogy a tartály szélén megmaradt festéket is fel tudja szívni. A forgó rész egy elemet alkot a szívócsővel és a cső súlyától forog abba az irányba, amerre döntjük. Az 53. ábrán látható közelebbről a forgó kialakítás. 53. ábra Forgó szívócső A forgó szívócső két pereme között a tömítőgyűrű és a ház pereme található. A belső rendszer szívócsöve pontosan a forgó csőbe illeszkedik és körülette elforog. A szívócső keresztmetszete nagyobb, hogy több festék felszívására is alkalmas legyen. Másik ok a súly növelése azért, hogy minél könnyebben el tudjon fordulni a szívócső. 91

6.9. ELEKTRONIKAI EGYSÉG Az elektronikai panel az akkumulátor felett helyezkedik el a festékszóró házában. Az 54. ábrán látható panel csak jelképes ábrázolása. 54. ábra Elektronikai egység Az elektronikai egység nyomtatott áramkörből, az akkumulátorból, elektromos kapcsolóból és a motorból áll. Az elemeket az elektronikai panel kapcsolja össze. A nyomógomb megnyomásával annak elektromos része jelet küld az elektronikának, amely aktivizálja az akkumulátort. Az akkumulátor 14,4 V feszültég leadására képes, amit az áramkör leszabályoz 12V-ra, mivel a motor működéséhez ekkora értékre van szükség. Ezt követően az elektronika meghajtja a villamos motort. Az elektronikának tartalmaznia kell biztonsági elemek is, hogy a készülék meghibásodását elkerüljük, illetve az élettartamát megnöveljük. 92

6.10. VÉGESELEM VIZSGÁLAT Az 55. ábrán látható nyomógombot a házfedelekben kialakított peremek pozícionálják. Helyzetük és kialakításuk mindkét házfélben megegyeznek. Ebben a fejezetben azt a lehetőséget vizsgálom, hogy a festékszóró működtetése közben a felhasználó túl erősen nyomja be a kapcsolót. A rögzítő peremek veszik fel a terhelést, amelyek sérülhetnek ennek következében. Végeselem szimulációval megvizsgálom a terhelt elemeket és optimalizálom az adott konstrukciót. 55. ábra Rögzítő peremek Mivel a két házfél és a nyomógomb szimmetrikus, valamint a terhelés központi irányból érkezik ideális esetben, akkor a terhelés is szabályosan oszlik el a két fél között. Ezt kihasználva csak az egyik ház igénybevételét szimuláltam le a meghatározott terhelés értékének felével. Első lépésként a teljes házfélből a vizsgálathoz releváns területet leválasztottam. A végeselem programba betöltve a fájlt, annak behálózásával folytattam. Sűrűbb hálózást állítottam be, hogy a szimuláció minél pontosabb lehessen. Ezt követően a terhelés értékét és irányát kellett definiálni. 93

6.10.1. Terhelés meghatározása Annak érdekében, hogy minél valóság hűbb legyen a végeredmény, dinamikus igénybevétellel terheltem a rögzítő peremeket. Az igénybevétel időben változó, amely 0-100N-ig terjedő megoszló erőt jelent. Mivel szimmetrikus a kialakítás és a terhelés is középpontosan ébred, így ezek az értékek a valóságban, összeszerelt egységnél 0-200N. A vizsgálat 15 másodpercig tart, ahol másodpercenként változik az erő. A kapcsoló elektronikai egységét megtámasztó két perem veszi fel a terhelést, így azokra állítottam be a vizsgálatot. 56. ábra Terhelések felvétele A diagramon látható a terhelések változása időben, ahol a függőleges tengely az igénybevétel nagysága. 94

6.10.2. Rögzítés Az erők felvétele után a pontos megfogást kell meghatározni. Fontos eleme a vizsgálatnak, mivel az egész szimuláció megváltozhat a helytelen rögzítés miatt. Három helyen támasztottam meg a kivágott házfél részletet. A másik félhez kapcsolódó felületeket és a használat során kézzel rögzített hátsó markolat részen. Kék színnel jelölve látható az 57. ábrán. 57. ábra Rögzítés elhelyezése 6.10.3. Vizsgálat Végezetül az alkatrész anyagát kell meghatározni, aminek polietilént választottam. A kiindulási feltételek megadás után, a vizsgálati rész következik. A szimulációnál az ébredő legnagyobb feszültséget és a legnagyobb alakváltozást határozom meg. 95

58. ábra Maximális elmozdulás Az 58. ábrán látható, hogy a terhelés hatására a tartó elemek majdnem 2 mm-t kihajoltak, amik már maradandó alakváltozást jelentenek. Itt a terhelt falvastagság 1 mm. 59. ábra Maximális feszültség 96

A fellépő feszültségek vizsgálata is azt támasztotta alá, hogy a tervezett falvastagság kevés és a peremek deformálódnak. A legnagyobb feszültség 36,7 MPa, az alsó L-alakú perem belső csúcspontján ébred. 6.10.4. Konstrukció módosítása és ellenőrzés Az előző fejezet alapján a peremek falát megerősítettem úgy, hogy a falvastagságot megnöveltem 1 mm-ről 2mm-re. Ezt követően újabb vizsgálatot végeztem, ugyanazokkal a paraméterekkel. 60. ábra Módosított maximális elmozdulás A 60. ábrán látható, hogy a falvastagság növelése eredményes volt, így a maximális elmozdulás ebben az esetben már csak 0,6 mm, ami már megfelelő. A deformáció a perem szélén a legnagyobb, mivel ott ébred a legnagyobb nyomaték és a rögzítési ponttól az van a legtávolabb. 97

61. ábra Módosított maximális feszültség Az új konstrukción látható a 61. ábrán, hogy a fellépő maximális feszültés már csak 19,7 MPa, ami jelentős csökkenés jelent. A legnagyobb feszültség az alsó perem tövében ébred, amit a piros jel is mutat. 98

6.11. HÁZFEDÉL A festékszóró külseje két fröccsöntött műanyag ház félből áll. A két részt csavarkötés rögzíti egymáshoz. 62. ábra Festékszóró ház A ház tervezésekor az elsődleges szempont a belső alkatrészek megfelelő illeszkedése, valamint a külső design megalkotása volt. Fontos szerepet játszik a külső megjelenés, mivel ez kelti az első benyomást. Tervezéskor figyelembe kellett venni a készülék esetleges leejtését is, ezért merev, szilárd kialakítást kellett megalkotni. Ennek érdekében, több merevítő bordát helyeztem el. A villamos motor a ház hátuljában helyezkedik el. A szerszámház összeszerelt állapotában teljesen 99

zárt, így a motor hűtéséről gondoskodni kell. Ezt figyelembe véve, a ház hátsó részén oldalt és tetején szellőző bordákat helyeztem el. A ház felek szoros illesztését tíz darab csavarkötés biztosítja. 63. ábra Fröccsöntött ház Az 63. ábrán látható az egyik ház fél. Külső oldalába kerülnek beszerelésre a csavarok. Az ellendarabon hosszabb csapok találhatóak, amelyek illeszkednek a csavarok belső kialakításaihoz. A ház belső részén a bordák felelősek a belső szerkezet pontos megfogásáért, valamint a ház szilárdságáért. 100

6.12. TELJES KONSTRUKCIÓ A teljes konstrukció megalkotásakor első lépésben a belső mechanizmust terveztem meg. A belső szerkezet lemodellezését követően, annak méretei alapján folytattam a ház kialakítását. Piackutatási adatokból kiindulva terveztem egy megfelelő mérettek rendelkező házat. 64. ábra Teljes konstrukció Az 64. ábrán látható a teljes konstrukció robbantott nézete. A ház belső kialakításánál fontos szempont volt az, hogy a belső alkatrészek ne tudjanak elmozdulni és pontosan helyezkedjenek el. 101

65. ábra Festékszóró 102

66. ábra Festékszóró 103

67. ábra Belső kialakítás 104

6.13. ÖSSZEFOGLALÁS A diplomamunkám témájának kiválasztását követően első lépésem a piackutatás volt. Itt megkerestem azokat a már meglévő termékeket, amelyek kapcsolódnak a témámhoz. Összegyűjtöttem azokat a technikai adatokat, amelyek alapján a tervezésemet elkezdhettem. Ezt követően szabadalomkutatást végeztem. Keresésem célja az volt, hogy létező megoldásokat találjak és abból ötleteket merítve, megalkothassam a saját konstrukciómat, valamint szabadalombitorlást ne követhessek el. Miután feltérképeztem a meglévő termékeket és megoldásvázlatokat, következő lépésem a saját megoldás vázlat megalkotása volt. Meghatároztam három konstrukciót, amelyek alkalmasak lehetnek a festékszórásra. Copeland-féle értékelemzés végeztem, hogy kiválasszam a legideálisabb megoldásvázlatot. A kiválasztást követően, a festékszóró követelményeit definiáltam, amit tudni kell teljesítenie. Ezután elkezdhettem a tényleges tervezést. Első lépésben megállapítottam a fő funkciócsoportokat. Piackutatási adatokból akkumulátort választottam, majd a hozzá megfelelő villamos motort. Ezt követően a megfelelő festékszóráshoz szükséges alapadatokat számoltam, mint például a festék térfogatáramát. Az alapadatok tudatában a hajtómű tervezését elkezdhettem. A választott hajtóművem kúpkerék pár. Tervezésének első lépése a geometriai méretek kiszámolása, majd szilárdsági méretezése volt. A kúpkerék pár hajtó kereke szilárd illesztéssel kapcsolódik a motor tengelyéhez, így itt a megfelelő tűrést állapítottam meg a felületi nyomásból. A hajtott tányérkerék csapágyazva helyezkedik el a házban, így a csapágyazás megtervezésével folytattam. Ismerve a terhelések nagyságát és irányát, csapágy élettartamot számítottam. Ezt követően a tényleges festékszórást végző mechanizmus tervezését végeztem és végezetül a teljes modell 3D-s, illetve műszaki rajzát megrajzoltam. 105

6.14. SUMMARY After choosing the topic of my master thesis, my first step was the market research. I searched for yet exsisting products similiar to the product of my topic. I collected the technical datas with which I could begin my design. After that, I did a research for existing patents. My aim was to find patents from which I could get new ideas to create my own construcitons without committing patent infringement. After getting familiar with the existing products and solutions, my next step was creating a scheme for my solution. I defined three schemes which could be appropriate for spraying paint. I used the Copeland value analysis to find the best solution scheme for my product. Thereafter I defined the requirements of my paint sprayer. Therefore, I was able to begin with the actual design. Firstly, I created the main function groups. Based on the market research I chose a battery and the most suitable DC motor. Then I calculated the necessary basic datas, such as the value of flow, for the optimal painting, With the calculated basic datas I could begin designing the power unit. My chosen power unit is the bevel gear. The first step of the design was calculating the geomertic dimensions and than the strength design. The driver pinion gear of the bevel gear connects to the shaft of the motor with interference fit, so I had to define the optimal tolerance from the surface pressure. The drive gear is fixed in the house with bearing, therefore I continued with designing the bearing system. In knowledge of the size and line of the load I could calculate the lifetime of the bearings. After that, I designed the actual mechanism of the paint spraying and lastly, I drew its whole 3D modell and technical drawing. 106

6.15. FELHASZNÁLT IRODALOM [1] HTTP://WWW.NORTHERNTOOL.COM/IMAGES/PRODUCT/2000X2000/451/4517005_2000X200 0.JPGHTTP://FESTEKSZORO-PISZTOLY.ARUKERESO.HU/BOSCH/PFS-105-E- P59122317/?GCLID=CPLS1FUAG7OCFCKR3GODV20AIW (2014.12.01) [2] HTTP://FESTEKSZORO-PISZTOLY.ARUKERESO.HU/BOSCH/PFS-105-E- P59122317/?GCLID=CPLS1FUAG7OCFCKR3GODV20AIW (2014.12.01.) [3] HTTP://WWW.BOSCH-DO- IT.DE/MEDIA/MEDIA/DIY/DIYMEDIA/199925/199926/14257/14257_PRODIMG/298429_600_ 370.PNG (2014.12.01.) [4] HTTP://WWW.BOSCH-DO- IT.DE/MEDIA/MEDIA/DIY/DIYMEDIA/199925/199926/14258/14258_PRODIMG/298760.PNG (2014.12.01.) [5] HTTP://WWW.TODOFERRETERIA.COM/PROD_IMAGES/0000002655_1.JPG (2014.12.01.) [6] HTTP://WWW.BLACKANDDECKER.COM/POWER-TOOLS/BDPH400.ASPX (2014.12.01.) [7] HTTP://WWW.SHOP.WALKER- VERTRIEB.COM/MEDIA/IMAGE/THUMBNAIL/KREBS25_1_BEA_720X600.PNG (2014.12.01.) [8] HTTP://CDN.POLLIN.DE/ARTICLE/XTRABIG/X501417.JPG (2014.12.01.) 107

[9] HTTP://WWW.CONRAD.FR/MEDIAS/GLOBAL/CE/8000_8999/8200/8260/8269/826985_RB_00 _FB.EPS_1000.JPG (2014.12.01.) [10] HTTP://WWW.GRACO.COM/CONTENT/DAM/GRACO/CED/IMAGES/OUTLINE/19736.TIF.IMAGEP. 0.65.1200.975.PNG (2014.12.01.) [11] HTTP://WWW.RYOBI.HU/FESTOESZKOZOK/RYOBI_P621.HTML (2014.12.01.) [12] HTTPS://WWW.GOOGLE.COM/PATENTS/US3212715?DQ=US+3212715+A&HL=HU&SA=X& EI=IDD8VJY3II3APKMUGMGF&VED=0CB8Q6WEWAA (2014.12.01.) [13] HTTPS://WWW.GOOGLE.COM/PATENTS/US20130240641?DQ=US+20130240641&HL=HU&S A=X&EI=XDD8VNTNL8KAPMXYGLGF&VED=0CB4Q6AEWAA (2014.12.01.) [14] HTTP://WWW.GOOGLE.COM/PATENTS/US20110240758 (2014.12.01.) [15] HTTPS://WWW.GOOGLE.COM/PATENTS/US20110240766?DQ=US+20110240766&HL=HU&S A=X&EI=V9H8VP69ISIHPC_GGAGF&VED=0CB4Q6AEWAA (2014.12.01.) [16] HTTPS://WWW.GOOGLE.COM/PATENTS/US2704690?DQ=US+2704690&HL=HU&SA=X&EI= CTL8VMOSHCNEPO7QGLGF&VED=0CB4Q6AEWAA (2014.12.01.) 108

[17] HTTPS://WWW.GOOGLE.COM/PATENTS/US3120347?DQ=US+3120347&HL=HU&SA=X&EI= N9L8VNFNCSFJO-S_GLGF&VED=0CB4Q6AEWAA (2014.12.01.) [18] HANSEN, F.: A MÓDSZERES GÉPTERVEZÉS. MŰSZAKI KÖNYVKIADÓ. 1969. [19] KAMONDI, L.: TERVEZÉSELMÉLET, PHARE HU0008-02, MISKOLC 2003 [20] http://www.conrad.com/medias/global/ce/8000_8999/8100/8120/8128/812818_lb_00_f B.EPS_1000.jpg (2014.12.01.) [21] HTTP://WWW.TECHNET.HU/HIR/20090831/AKUMULATOR_AKADEMIA_- _AMIT_AZ_AKKSIKROL_TUDNI_ERDEMES/ (2014.12.01.) [22] http://www.transtecno.com/media/img/slideshow/ec2.jpg (2014.12.01.) [23] HTTP://WWW.TRANSTECNO.COM/IT/PRINTED_CATALOGUES (2014.12.01.) [24] HTTP://EN.WIKIPEDIA.ORG/WIKI/BEVEL_GEAR (2014.12.01.) [25] HTTP://WWW.LINNGEAR.COM/WP-CONTENT/UPLOADS/2012/10/34.PNG (2014.12.01.) [26] Diószegi György Dr. Kósa Csaba Dr. Lehotai Péter Matskássy Gábor: Géprajz - Gépelemek III BME KTK [27] Kúpkerékpár tervezése - Oktatási segédlet - Dr. Szente József 109

[28] Dr. Terplán Zénó- Gépelemek II. Kézirat - Nemzeti Tankönyvkiadó, Budapest 8. változatlan utánnyomás, 2005 [29] http://www.gkn.com/sintermetals/media/brochures%20library/general%20information/ GKN%20Materials%20and%20Processes%20EN.pdf (2014.12.01.) [30] Gépszerkezetek méretezése Oktatási segédlet Szilárd kötés méretezése Dr. Szente József [31] http://www.skf.com/group/products/bearings-units-housings/ball-bearings/deep-grooveball-bearings/single-row/index.html?prodid=1010016240&imperial=false (2014.12.01.) [32] Gépelemek 1. Oktatási segédlet Gördülő csapágyak élettartam-számítása Dr. Szente József [33] Fenyvessy Tibor Fuchs Rudolf Plósz Antal: Műszaki táblázatok: Nemzeti Szakképzési és Felnőttképzési Intézet, Budapest; második kiadás: 2008 [34] http://www.powerwash.com/media/wysiwyg/nozzlespraypatterns.jpg (2014.12.01.) 110

6.16. MELLÉKLETEK 1. Villamos motor katalógus 2. Villamos motor tengelyének leírása 3. Szinter fém katalógus 111

1. Villamos motor katalógus 68. ábra 1. melléklet 112

2. Villamos motor tengelye 69. ábra 2. melléklet 113

3. Szinter fém katalógus 70. ábra 3. melléklet 114